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WO 2020/136314 PCT/FR2019/000221
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ORGANE DE CONTACT D'UN DISPOSITIF ELECTRONIQUE OU ELECTROCHIMIQUE
Domaine technique de l'invention
La présente invention se rapporte aux organes de contact électrique de
dispositifs
électroniques ou électrochimiques, plus particulièrement aux organes de
contact
électrique de batteries. Elle concerne plus particulièrement un procédé de
fabrication de
ces organes de contact présentant une architecture nouvelle qui leur confère
ainsi qu'aux
dispositifs électroniques ou électrochimiques les comprenant une durée de vie
améliorée.
L'invention peut être mise en uvre en particulier avec des batteries à ions
de lithium.
Etat de la technique
On sait que certains types de dispositifs électroniques ou électrochimiques
tels que les
batteries sont très sensibles à l'humidité. Dans le cas des batteries à ions
de lithium, qui
représentent un exemple d'une batterie particulièrement sensible à l'humidité,
le lithium
réagit spontanément avec l'eau, formant de l'hydroxyde de lithium. La quantité
de lithium
ayant réagi avec l'eau n'est plus disponible pour le stockage d'énergie, ce
qui diminue la
capacité de la batterie par un vieillissement prématuré. De ce fait, le plus
grand soin doit
être apporté pendant la fabrication des batteries afin de rester dans des
conditions
parfaitement anhydres. De même, afin de garantir leur durée de vie calendaire,
les
batteries sont protégées de l'environnement externe par une encapsulation
hermétique
qui évite la perméation d'eau susceptible d'induire une nouvelle perte de
capacité de la
batterie.
La perméation de l'eau à travers cette structure d'encapsulation est un
phénomène bien
connu. L'étanchéité d'une encapsulation est habituellement exprimée en taux de
transmission de la vapeur d'eau (appelé en anglais Water Vapor Transmission
Rate et
abrégé VVVTR). Ce taux dépend des matériaux utilisés, de leur mode de
fabrication et de
leurs épaisseurs.
La qualité de l'encapsulation est d'une importance capitale pour les batteries
à ions de
lithium. Les techniques de déposition par ALD (Atomic Layer Déposition) sont
particulièrement bien adaptées pour recouvrir les surfaces des batteries de
manière
totalement étanche et conforme ; cela est décrit par exemple dans \NO
2017/115032 (I-
TEN). Ces techniques permettent de réaliser des films minces, sans défauts et
parfaitement conformaux. Ces films assurent un excellent niveau de protection
des
batteries contre la perméation des molécules d'eau et d'oxygène, de sorte que
seul à
l'endroit où les contacts électriques traversent l'encapsulation la perméation
de ces
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molécules est encore possible : c'est cet endroit qui détermine le plus
souvent la perte
d'étanchéité de la batterie.
Les films métallisés sont connus et très utilisés pour protéger durablement de
l'humidité les batteries en sachet (appelées pouch cells en anglais).
D'une manière
générale, pour une épaisseur donnée de matériau, les métaux permettent de
réaliser des
films très étanches, plus étanches que ceux à base de céramiques, et encore
plus
étanches que ceux à base de polymères qui sont généralement peu hermétiques au
passage de molécules d'eau.
De plus, le procédé de fabrication de tels organes de contact nécessite
typiquement
l'emploi de traitements thermiques élevés pouvant dégrader les dispositifs
électroniques
et/ou électrochimiques les comprenant. C'est notamment le cas de batteries à
ions de
lithium dotées d'électrodes et/ou d'électrolytes poreux imprégnés
d'électrolytes à base de
liquides ioniques.
WO 2013/064 779 (I-TEN) décrit une batterie multicouches à ions de lithium
dans laquelle
les organes de contact électrique ont été ajoutés à l'endroit où les
collecteurs de courant
cathodiques, respectivement anodiques sont apparents, i.e. non revêtus
d'électrolyte
isolant. Ces organes de contact électrique servent à reprendre les connections
électriques
entre toutes les anodes d'un côté et toutes les cathodes de l'autre côté de la
batterie. Ils
relient électriquement les surfaces des anodes, respectivement des cathodes,
entre-elles.
Ces organes de contact électrique sont des revêtements présentant une
conductivité
métallique. Ils peuvent être réalisés sous forme d'une seule couche
métallique, d'étain par
exemple ou encore être constitués de multicouches, i.e. être constitués d'une
première
couche de polymère conducteur, tel qu'une résine chargée à l'argent, d'une
seconde
couche de nickel et d'une troisième couche d'étain. Dans ce complexe à trois
couches, la
couche de nickel protège la couche de polymère pendant les étapes d'assemblage
par
soudure, et la couche d'étain assure la soudabilité de l'interface de la
batterie. Cependant,
les couches de nickel et d'étain sont souvent poreuses et ne protègent pas
totalement la
batterie vis-à-vis de l'atmosphère. De plus, les particules d'argent contenues
dans la
couche de résine ne sont pas inertes dans les plages de tension de
fonctionnement des
batteries. Par ailleurs, un tel complexe tri-couche est plus cher à fabriquer.
La présente invention vise à remédier au moins en partie à certains
inconvénients de l'art
antérieur évoqués ci-dessus.
Elle vise en particulier à produire des organes de contact électrique plus
performants à
moindre coût, notamment des organes de contact électrique étanches présentant
un très
faible taux de transmission de la vapeur d'eau afin d'améliorer la durée de
vie des
batteries.
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Elle vise également à réaliser des organes de contact électrique dotés de
faibles
résistances internes. Elle vise également à réaliser des organes de contact
électrique
permettant l'assemblage de dispositifs électroniques ou électrochimiques, tels
que des
micro-batteries, par soudure sur des circuits électroniques. Elle vise en
particulier à
proposer un procédé, qui permet de fabriquer de manière simple, facile à
mettre en
oeuvre, fiable et rapide des organes de contact électrique sans dégrader les
performances
des dispositifs électroniques ou électrochimiques les comprenant, et des
dispositifs
électroniques ou électrochimiques présentant une durée de vie très élevée.
Elle vise en
particulier à proposer un procédé qui diminue le risque de court-circuit, et
qui permet
notamment, de fabriquer un dispositif électrochimique, tel qu'une batterie
présentant une
faible autodécharge.
Oblets de l'invention
Au moins un des objectifs ci-dessus est atteint par l'intermédiaire d'au moins
l'un des
objets selon l'invention tel que présenté ci-après. La présente invention
propose comme
premier objet un organe de contact pour un dispositif électronique ou
électrochimique tel
qu'une batterie, destiné à assurer le contact électrique avec un élément
conducteur
externe, ledit dispositif électronique ou électrochimique comprenant une
surface de
contact définissant une zone de connexion électrique, caractérisé en ce que
l'organe de
contact comprend une première couche, disposée sur au moins la zone de
connexion
électrique, cette première couche comprenant un matériau chargé en particules
électriquement conductrices, de préférence une résine polymérique et/ou un
matériau
obtenu par un procédé sol-gel, chargé en particules électriquement
conductrices et
encore plus préférentiellement une résine polymérique chargée en graphite.
Avantageusement, les particules électriquement conductrices sont en titane, en
nitrures
ou en carbone, notamment sous forme de noir de carbone, de graphite ou encore
de
g raphène.
Avantageusement, cet organe de contact, comprend une deuxième couche
comprenant,
de préférence, étant constituée d'un feuillard métallique, disposée sur la
première couche
de matériau chargé en particules électriquement conductrices. Ce feuillard
métallique est,
de préférence, choisi parmi les feuillards en aluminium, les feuillards en
cuivre, les
feuillards en titane, les feuillards en molybdène, les feuillards en acier
inoxydable et les
feuillards comprenant du cuivre métallique. La deuxième couche a, de
préférence, une
épaisseur inférieure à 20 pm, préférentiellement une épaisseur inférieure à 10
pm. Le
métal du feuillard métallique peut être un alliage tel que de l'acier
inoxydable ou un métal
pur tel que du cuivre, de l'aluminium, du titane ou du molybdène.
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La nature des feuillards métalliques, des organes de contact selon
l'invention, utilisés
pour mettre en contact les anodes et cathodes, peut être différente.
Avantageusement, cet organe de contact, comprend une troisième couche
comprenant
de l'étain pur et/ou du zinc pur et/ou un alliage étain-métal dans lequel le
métal est choisi
parmi le zinc, le plomb, le palladium, l'or, le cuivre et un mélange de ceux-
ci, disposée sur
la deuxième couche.
Avantageusement, cet organe de contact, comprend une quatrième couche d'étain
pur ou
une quatrième couche d'un alliage comprenant de l'argent, du palladium et du
cuivre,
disposée sur la troisième couche.
Chaque couche de l'organe de contact comprenant deux couches, trois couches ou
quatre couches, comme indiqué ci-dessus, peut être mise en oeuvre avec le
premier objet
ci-dessus, et utilisée selon toute combinaison techniquement compatible, quel
que soit sa
nature chimique et la nature chimique de la première couche. Certaines
combinaisons
sont présentées ci-dessous selon différents modes de réalisation.
Dans un autre mode de réalisation, la présente invention propose comme autre
objet un
organe de contact pour un dispositif électronique ou électrochimique tel
qu'une batterie,
destiné à assurer le contact électrique avec un élément conducteur externe,
ledit dispositif
électronique ou électrochimique comprenant une surface de contact définissant
une zone
de connexion électrique, caractérisé en ce que l'organe de contact comprend :
- une première couche, disposée sur au moins la zone de connexion électrique,
cette première couche comprenant un matériau chargé en particules
électriquement conductrices, de préférence une résine polymérique et/ou un
matériau obtenu par un procédé sol-gel, chargé en particules électriquement
conductrices et encore plus préférentiellement une résine polymérique chargée
en
graphite,
- une deuxième couche comprenant, de préférence, étant constituée d'un
feuillard
métallique, disposée sur la première couche de matériau chargé en particules
électriquement conductrices.
Ce feuillard métallique est, de préférence, choisi parmi les feuillards en
aluminium, les
feuillards en cuivre, les feuillards en titane, les feuillards en molybdène,
les feuillards en
acier inoxydable et les feuillards comprenant du cuivre métallique. La
deuxième couche a,
de préférence, une épaisseur inférieure à 20 pm, préférentiellement une
épaisseur
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inférieure à 10 pm. Le métal du feuillard métallique peut être un alliage tel
que de l'acier
inoxydable ou un métal pur tel que du cuivre, de l'aluminium, du titane ou du
molybdène.
La nature des feuillards métalliques, des organes de contact selon
l'invention, utilisés
pour mettre en contact les anodes et cathodes, peut être différente.
5 Dans un autre mode de réalisation, la présente invention propose comme autre
objet un
organe de contact pour un dispositif électronique ou électrochimique tel
qu'une batterie,
destiné à assurer le contact électrique avec un élément conducteur externe,
ledit dispositif
électronique ou électrochimique comprenant une surface de contact définissant
une zone
de connexion électrique, caractérisé en ce que l'organe de contact comprend :
- une première couche, disposée sur au moins la zone de connexion électrique,
cette première couche comprenant un matériau chargé en particules
électriquement conductrices, de préférence une résine polymérique et/ou un
matériau obtenu par un procédé sol-gel, chargé en particules électriquement
conductrices et encore plus préférentiellement une résine polymérique chargée
en
graphite,
- une deuxième couche comprenant du cuivre métallique, disposée sur la
première
couche de matériau chargé en particules électriquement conductrices.
Dans un autre mode de réalisation, la présente invention propose comme autre
objet un
organe de contact pour un dispositif électronique ou électrochimique tel
qu'une batterie,
destiné à assurer le contact électrique avec un élément conducteur externe,
ledit dispositif
électronique ou électrochimique comprenant une surface de contact définissant
une zone
de connexion électrique, caractérisé en ce que l'organe de contact comprend :
- une première couche, disposée sur au moins la zone de connexion électrique,
cette première couche comprenant un matériau chargé en particules
électriquement conductrices, de préférence une résine polymérique et/ou un
matériau obtenu par un procédé sol-gel, chargé en particules électriquement
conductrices et encore plus préférentiellement une résine polymérique chargée
en
graphite,
- une deuxième couche comprenant, de préférence, étant constituée d'un
feuillard
métallique disposée sur la première couche de matériau chargé en particules
électriquement conductrices,
- une troisième couche comprenant de l'étain pur, disposée sur la deuxième
couche.
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Ce feuillard métallique est, de préférence, choisi parmi les feuillards en
aluminium, les
feuillards en cuivre, les feuillards en titane, les feuillards en molybdène,
les feuillards en
acier inoxydable et les feuillards comprenant du cuivre métallique. La
deuxième couche a,
de préférence, une épaisseur inférieure à 20 pm, préférentiellement une
épaisseur
inférieure à 10 pm. Le métal du feuillard métallique peut être un alliage tel
que de l'acier
inoxydable ou un métal pur tel que du cuivre, de l'aluminium, du titane ou du
molybdène.
La nature des feuillards métalliques, des organes de contact selon
l'invention, utilisés
pour mettre en contact les anodes et cathodes, peut être différente.
Dans un autre mode de réalisation, la présente invention propose comme autre
objet un
organe de contact pour un dispositif électronique ou électrochimique tel
qu'une batterie,
destiné à assurer le contact électrique avec un élément conducteur externe,
ledit dispositif
électronique ou électrochimique comprenant une surface de contact définissant
une zone
de connexion électrique, caractérisé en ce que l'organe de contact comprend :
- une première couche, disposée sur au moins la zone de connexion électrique,
cette première couche comprenant un matériau chargé en particules
électriquement conductrices, de préférence une résine polymérique et/ou un
matériau obtenu par un procédé sol-gel, chargé en particules électriquement
conductrices et encore plus préférentiellement une résine polymérique chargée
en
graphite,
- une deuxième couche comprenant, de préférence, étant constituée d'un
feuillard
métallique, disposée sur la première couche de matériau chargé en particules
électriquement conductrices,
- une troisième couche comprenant du zinc pur, disposée sur la deuxième
couche.
Ce feuillard métallique est, de préférence, choisi parmi les feuillards en
aluminium, les
feuillards en cuivre, les feuillards en titane, les feuillards en molybdène,
les feuillards en
acier inoxydable et les feuillards comprenant du cuivre métallique. La
deuxième couche a,
de préférence, une épaisseur inférieure à 20 pm, préférentiellement une
épaisseur
inférieure à 10 pm. Le métal du feuillard métallique peut être un alliage tel
que de l'acier
inoxydable ou un métal pur tel que du cuivre, de l'aluminium, du titane ou du
molybdène.
La nature des feuillards métalliques, des organes de contact selon
l'invention, utilisés
pour mettre en contact les anodes et cathodes, peut être différente.
Dans un autre mode de réalisation, la présente invention propose comme autre
objet un
organe de contact pour un dispositif électronique ou électrochimique tel
qu'une batterie,
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destiné à assurer le contact électrique avec un élément conducteur externe,
ledit dispositif
électronique ou électrochimique comprenant une surface de contact définissant
une zone
de connexion électrique, caractérisé en ce que l'organe de contact comprend :
- une première couche, disposée sur au moins la zone de connexion électrique,
cette première couche comprenant un matériau chargé en particules
électriquement conductrices, de préférence une résine polymérique et/ou un
matériau obtenu par un procédé sol-gel, chargé en particules électriquement
conductrices et encore plus préférentiellement une résine polymérique chargée
en
graphite,
- une deuxième couche comprenant, de préférence, étant constituée d'un
feuillard
métallique disposée sur la première couche de matériau chargé en particules
électriquement conductrices,
- une troisième couche comprenant un alliage étain-métal, disposée sur la
deuxième couche.
Ce feuillard métallique est, de préférence, choisi parmi les feuillards en
aluminium, les
feuillards en cuivre, les feuillards en titane, les feuillards en molybdène,
les feuillards en
acier inoxydable et les feuillards comprenant du cuivre métallique. La
deuxième couche a,
de préférence, une épaisseur inférieure à 20 pm, préférentiellement une
épaisseur
inférieure à 10 pm. Le métal du feuillard métallique peut être un alliage tel
que de l'acier
inoxydable ou un métal pur tel que du cuivre, de l'aluminium, du titane ou du
molybdène.
La nature des feuillards métalliques, des organes de contact selon
l'invention, utilisés
pour mettre en contact les anodes et cathodes, peut être différente.
Avantageusement, le métal de l'alliage étain-métal est choisi parmi le zinc,
le plomb, le
palladium, l'or, le cuivre et un mélange de ceux-ci.
Dans un autre mode de réalisation, la présente invention propose comme autre
objet un
organe de contact pour un dispositif électronique ou électrochimique tel
qu'une batterie,
destiné à assurer le contact électrique avec un élément conducteur externe,
ledit dispositif
électronique ou électrochimique comprenant une surface de contact définissant
une zone
de connexion électrique, caractérisé en ce que l'organe de contact comprend :
- une première couche, disposée sur au moins la zone de connexion électrique,
cette première couche comprenant un matériau chargé en particules
électriquement conductrices, de préférence une résine polymérique et/ou un
matériau obtenu par un procédé sol-gel, chargé en particules électriquement
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conductrices et encore plus préférentiellement une résine polymérique chargée
en
graphite,
- une deuxième couche comprenant, de préférence, étant constituée d'un
feuillard
métallique, disposée sur la première couche de matériau chargé en particules
électriquement conductrices,
- une troisième couche comprenant de l'étain pur, disposée sur la deuxième
couche,
- une quatrième couche d'étain pur, disposée sur la troisième couche.
Ce feuillard métallique est, de préférence, choisi parmi les feuillards en
aluminium, les
feuillards en cuivre, les feuillards en titane, les feuillards en molybdène,
les feuillards en
acier inoxydable et les feuillards comprenant du cuivre métallique. La
deuxième couche a,
de préférence, une épaisseur inférieure à 20 pm, préférentiellement une
épaisseur
inférieure à 10 pm. Le métal du feuillard métallique peut être un alliage tel
que de l'acier
inoxydable ou un métal pur tel que du cuivre, de l'aluminium, du titane ou du
molybdène.
La nature des feuillards métalliques, des organes de contact selon
l'invention, utilisés
pour mettre en contact les anodes et cathodes, peut être différente.
Dans un autre mode de réalisation, la présente invention propose comme autre
objet un
organe de contact pour un dispositif électronique ou électrochimique tel
qu'une batterie,
destiné à assurer le contact électrique avec un élément conducteur externe,
ledit dispositif
électronique ou électrochimique comprenant une surface de contact définissant
une zone
de connexion électrique, caractérisé en ce que l'organe de contact comprend :
- une première couche, disposée sur au moins la zone de connexion
électrique,
cette première couche comprenant un matériau chargé en particules
électriquement conductrices, de préférence une résine polymérique et/ou un
matériau obtenu par un procédé sol-gel, chargé en particules électriquement
conductrices et encore plus préférentiellement une résine polymérique chargée
en
graphite,
- une deuxième couche comprenant, de préférence, étant constituée d'un
feuillard
métallique, disposée sur la première couche de matériau chargé en particules
électriquement conductrices,
- une troisième couche comprenant du zinc pur, disposée sur la deuxième
couche,
- une quatrième couche d'étain pur, disposée sur la troisième couche.
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Ce feuillard métallique est, de préférence, choisi parmi les feuillards en
aluminium, les
feuillards en cuivre, les feuillards en titane, les feuillards en molybdène,
les feuillards en
acier inoxydable et les feuillards comprenant du cuivre métallique. La
deuxième couche a,
de préférence, une épaisseur inférieure à 20 pm, préférentiellement une
épaisseur
inférieure à 10 pm. Le métal du feuillard métallique peut être un alliage tel
que de l'acier
inoxydable ou un métal pur tel que du cuivre, de l'aluminium, du titane ou du
molybdène.
La nature des feuillards métalliques, des organes de contact selon
l'invention, utilisés
pour mettre en contact les anodes et cathodes, peut être différente.
Dans un autre mode de réalisation, la présente invention propose comme autre
objet un
organe de contact pour un dispositif électronique ou électrochimique tel
qu'une batterie,
destiné à assurer le contact électrique avec un élément conducteur externe,
ledit dispositif
électronique ou électrochimique comprenant une surface de contact définissant
une zone
de connexion électrique, caractérisé en ce que l'organe de contact comprend :
- une première couche, disposée sur au moins la zone de connexion électrique,
cette première couche comprenant un matériau chargé en particules
électriquement conductrices, de préférence une résine polymérique et/ou un
matériau obtenu par un procédé sol-gel, chargé en particules électriquement
conductrices et encore plus préférentiellement une résine polymérique chargée
en
graphite,
- une deuxième couche comprenant, de préférence, étant constituée d'un
feuillard
métallique , disposée sur la première couche de matériau chargé en particules
électriquement conductrices,
- une troisième couche comprenant un alliage étain-métal, disposée sur la
deuxième couche,
- une quatrième couche d'étain pur, disposée sur la troisième couche.
Avantageusement, le métal de l'alliage étain-métal est choisi parmi le zinc,
le plomb, le
palladium, l'or, le cuivre et un mélange de ceux-ci.
Ce feuillard métallique est, de préférence, choisi parmi les feuillards en
aluminium, les
feuillards en cuivre, les feuillards en titane, les feuillards en molybdène,
les feuillards en
acier inoxydable et les feuillards comprenant du cuivre métallique. La
deuxième couche a,
de préférence, une épaisseur inférieure à 20 pm, préférentiellement une
épaisseur
inférieure à 10 pm. Le métal du feuillard métallique peut être un alliage tel
que de l'acier
inoxydable ou un métal pur tel que du cuivre, de l'aluminium, du titane ou du
molybdène.
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La nature des feuillards métalliques, des organes de contact selon
l'invention, utilisés
pour mettre en contact les anodes et cathodes, peut être différente.
Dans un autre mode de réalisation, la présente invention propose comme autre
objet un
5 organe de contact pour un dispositif électronique ou électrochimique tel
qu'une batterie,
destiné à assurer le contact électrique avec un élément conducteur externe,
ledit dispositif
électronique ou électrochimique comprenant une surface de contact définissant
une zone
de connexion électrique, caractérisé en ce que l'organe de contact comprend :
- une première couche, disposée sur au moins la zone de connexion électrique,
10 cette première couche comprenant un matériau chargé en particules
électriquement conductrices, de préférence une résine polymérique et/ou un
matériau obtenu par un procédé sol-gel, chargé en particules électriquement
conductrices et encore plus préférentiellement une résine polynnérique chargée
en
graphite,
- une deuxième couche comprenant, de préférence, étant constituée d'un
feuillard
métallique , disposée sur la première couche de matériau chargé en particules
électriquement conductrices,
- une troisième couche comprenant de l'étain pur, disposée sur la deuxième
couche,
- une quatrième couche d'un alliage comprenant de l'argent, du palladium et du
cuivre, disposée sur la troisième couche.
Ce feuillard métallique est, de préférence, choisi parmi les feuillards en
aluminium, les
feuillards en cuivre, les feuillards en titane, les feuillards en molybdène,
les feuillards en
acier inoxydable et les feuillards comprenant du cuivre métallique. La
deuxième couche a,
de préférence, une épaisseur inférieure à 20 pm, préférentiellement une
épaisseur
inférieure à 10 pm. Le métal du feuillard métallique peut être un alliage tel
que de l'acier
inoxydable ou un métal pur tel que du cuivre, de l'aluminium, du titane ou du
molybdène.
La nature des feuillards métalliques, des organes de contact selon
l'invention, utilisés
pour mettre en contact les anodes et cathodes, peut être différente.
Dans un autre mode de réalisation, la présente invention propose comme autre
objet un
organe de contact pour un dispositif électronique ou électrochimique tel
qu'une batterie,
destiné à assurer le contact électrique avec un élément conducteur externe,
ledit dispositif
électronique ou électrochimique comprenant une surface de contact définissant
une zone
de connexion électrique, caractérisé en ce que l'organe de contact comprend :
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- une première couche, disposée sur au moins la zone de connexion
électrique,
cette première couche comprenant un matériau chargé en particules
électriquement conductrices, de préférence une résine polymérique et/ou un
matériau obtenu par un procédé sol-gel, chargé en particules électriquement
= conductrices et encore plus préférentiellement une résine polymérique
chargée en
graphite,
- une deuxième couche comprenant, de préférence, étant constituée d'un
feuillard
métallique, disposée sur la première couche de matériau chargé en particules
électriquement conductrices,
- une troisième couche comprenant du zinc pur, disposée sur la deuxième
couche,
- une quatrième couche d'un alliage comprenant de l'argent, du palladium et
du
cuivre, disposée sur la troisième couche.
Ce feuillard métallique est, de préférence, choisi parmi les feuillards en
aluminium, les
feuillards en cuivre, les feuillards en titane, les feuillards en molybdène,
les feuillards en
acier inoxydable et les feuillards comprenant du cuivre métallique. La
deuxième couche a,
de préférence, une épaisseur inférieure à 20 pm, préférentiellement une
épaisseur
inférieure à 10 pm. Le métal du feuillard métallique peut être un alliage tel
que de l'acier
inoxydable ou un métal pur tel que du cuivre, de l'aluminium, du titane ou du
molybdène.
La nature des feuillards métalliques, des organes de contact selon
l'invention, utilisés
pour mettre en contact les anodes et cathodes, peut être différente.
Dans un autre mode de réalisation, la présente invention propose comme autre
objet un
organe de contact pour un dispositif électronique ou électrochimique tel
qu'une batterie,
destiné à assurer le contact électrique avec un élément conducteur externe,
ledit dispositif
électronique ou électrochimique comprenant une surface de contact définissant
une zone
de connexion électrique, caractérisé en ce que l'organe de contact comprend :
- une première couche, disposée sur au moins la zone de connexion électrique,
cette première couche comprenant un matériau chargé en particules
électriquement conductrices, de préférence une résine polymérique et/ou un
matériau obtenu par un procédé sol-gel, chargé en particules électriquement
conductrices et encore plus préférentiellement une résine polymérique chargée
en
graphite,
- une deuxième couche comprenant, de préférence, étant constituée d'un
feuillard
métallique, disposée sur la première couche de matériau chargé en particules
électriquement conductrices,
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- une troisième couche comprenant un alliage étain-métal, disposée sur la
deuxième couche,
- une quatrième couche d'un alliage comprenant de l'argent, du palladium et du
cuivre, disposée sur la troisième couche.
Ce feuillard métallique est, de préférence, choisi parmi les feuillards en
aluminium, les
feuillards en cuivre, les feuillards en titane, les feuillards en molybdène,
les feuillards en
acier inoxydable et les feuillards comprenant du cuivre métallique. La
deuxième couche a,
de préférence, une épaisseur inférieure à 20 pm, préférentiellement une
épaisseur
inférieure à 10 pm. Le métal du feuillard métallique peut être un alliage tel
que de l'acier
inoxydable ou un métal pur tel que du cuivre, de l'aluminium, du titane ou du
molybdène.
La nature des feuillards métalliques, des organes de contact selon
l'invention, utilisés
pour mettre en contact les anodes et cathodes, peut être différente.
Avantageusement, le métal de l'alliage étain-métal est choisi parmi le zinc,
le plomb, le
palladium, l'or, le cuivre et un mélange de ceux-ci.
Dans un autre mode de réalisation, la présente invention propose comme autre
objet un
organe de contact pour un dispositif électronique ou électrochimique tel
qu'une batterie,
destiné à assurer le contact électrique avec un élément conducteur externe,
ledit dispositif
électronique ou électrochimique comprenant une surface de contact définissant
une zone
de connexion électrique, caractérisé en ce que l'organe de contact comprend :
- une première couche, disposée sur au moins la zone de connexion électrique,
cette première couche comprenant un matériau chargé en particules
électriquement conductrices, de préférence une résine polymérique et/ou un
matériau obtenu par un procédé sol-gel, chargé en particules électriquement
conductrices et encore plus préférentiellement une résine polymérique chargée
en
graphite,
- une deuxième couche comprenant, de préférence, étant constituée d'un
feuillard
métallique, disposée sur la première couche de matériau chargé en particules
électriquement conductrices,
- une troisième couche comprenant de l'étain pur, disposée sur la deuxième
couche,
- une quatrième couche d'un alliage constitué d'argent, de palladium et de
cuivre,
disposée sur la troisième couche.
Ce feuillard métallique est, de préférence, choisi parmi les feuillards en
aluminium, les
feuillards en cuivre, les feuillards en titane, les feuillards en molybdène,
les feuillards en
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acier inoxydable et les feuillards comprenant du cuivre métallique. La
deuxième couche a,
de préférence, une épaisseur inférieure à 20 pm, préférentiellement une
épaisseur
inférieure à 10 pm. Le métal du feuillard métallique peut être un alliage tel
que de l'acier
inoxydable ou un métal pur tel que du cuivre, de l'aluminium, du titane ou du
molybdène.
La nature des feuillards métalliques, des organes de contact selon
l'invention, utilisés
pour mettre en contact les anodes et cathodes, peut être différente.
Dans un autre mode de réalisation, la présente invention propose comme autre
objet un
organe de contact pour un dispositif électronique ou électrochimique tel
qu'une batterie,
destiné à assurer le contact électrique avec un élément conducteur externe,
ledit dispositif
électronique ou électrochimique comprenant une surface de contact définissant
une zone
de connexion électrique, caractérisé en ce que l'organe de contact comprend :
- une première couche, disposée sur au moins la zone de connexion
électrique,
cette première couche comprenant un matériau chargé en particules
électriquement conductrices, de préférence une résine polymérique et/ou un
matériau obtenu par un procédé sol-gel, chargé en particules électriquement
conductrices et encore plus préférentiellement une résine polymérique chargée
en
graphite,
- une deuxième couche comprenant, de préférence, étant constituée d'un
feuillard
métallique, disposée sur la première couche de matériau chargé en particules
électriquement conductrices,
- une troisième couche comprenant du zinc pur, disposée sur la deuxième
couche,
- une quatrième couche d'un alliage constitué d'argent, de palladium et de
cuivre,
disposée sur la troisième couche.
Ce feuillard métallique est, de préférence, choisi parmi les feuillards en
aluminium, les
feuillards en cuivre, les feuillards en titane, les feuillards en molybdène,
les feuillards en
acier inoxydable et les feuillards comprenant du cuivre métallique. La
deuxième couche a,
de préférence, une épaisseur inférieure à 20 pm, préférentiellement une
épaisseur
inférieure à 10 pm. Le métal du feuillard métallique peut être un alliage tel
que de l'acier
inoxydable ou un métal pur tel que du cuivre, de l'aluminium, du titane ou du
molybdène.
La nature des feuillards métalliques, des organes de contact selon
l'invention, utilisés
pour mettre en contact les anodes et cathodes, peut être différente.
Dans un autre mode de réalisation, la présente invention propose comme autre
objet un
organe de contact pour un dispositif électronique ou électrochimique tel
qu'une batterie,
destiné à assurer le contact électrique avec un élément conducteur externe,
ledit dispositif
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électronique ou électrochimique comprenant une surface de contact définissant
une zone
de connexion électrique, caractérisé en ce que l'organe de contact comprend :
- une première couche, disposée sur au moins la zone de connexion
électrique,
cette première couche comprenant un matériau chargé en particules
électriquement conductrices, de préférence une résine polymérique et/ou un
matériau obtenu par un procédé sol-gel, chargé en particules électriquement
conductrices et encore plus préférentiellement une résine polymérique chargée
en
graphite,
- une deuxième couche comprenant, de préférence, étant constituée d'un
feuillard
métallique, disposée sur la première couche de matériau chargé en particules
électriquement conductrices,
- une troisième couche comprenant un alliage étain-métal, disposée sur la
deuxième couche,
- une quatrième couche d'un alliage constitué d'argent, de palladium et de
cuivre,
disposée sur la troisième couche.
Ce feuillard métallique est, de préférence, choisi parmi les feuillards en
aluminium, les
feuillards en cuivre, les feuillards en titane, les feuillards en molybdène,
les feuillards en
acier inoxydable et les feuillards comprenant du cuivre métallique. La
deuxième couche a,
de préférence, une épaisseur inférieure à 20 pm, préférentiellement une
épaisseur
inférieure à 10 pm. Le métal du feuillard métallique peut être un alliage tel
que de l'acier
inoxydable ou un métal pur tel que du cuivre, de l'aluminium, du titane ou du
molybdène.
La nature des feuillards métalliques, des organes de contact selon
l'invention, utilisés
pour mettre en contact les anodes et cathodes, peut être différente.
Avantageusement, le métal de l'alliage étain-métal est choisi parmi le zinc,
le plomb, le
palladium, l'or, le cuivre et un mélange de ceux-ci.
Dans un autre mode de réalisation, la présente invention propose comme autre
objet un
organe de contact pour un dispositif électronique ou électrochimique tel
qu'une batterie,
destiné à assurer le contact électrique avec un élément conducteur externe,
ledit dispositif
électronique ou électrochimique comprenant une surface de contact définissant
une zone
de connexion électrique, caractérisé en ce que l'organe de contact comprend :
- une première couche, disposée sur au moins la zone de connexion
électrique,
cette première couche comprenant un matériau chargé en particules
électriquement conductrices, de préférence une résine polymérique et/ou un
matériau obtenu par un procédé sol-gel, chargé en particules électriquement
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conductrices et encore plus préférentiellement une résine polymérique chargée
en
graphite,
- une deuxième couche comprenant du cuivre métallique, disposée sur la
première
couche de matériau chargé en particules électriquement conductrices,
5 - une
troisième couche comprenant de l'étain pur, disposée sur la deuxième
couche.
Dans un autre mode de réalisation, la présente invention propose comme autre
objet un
organe de contact pour un dispositif électronique ou électrochimique tel
qu'une batterie,
10
destiné à assurer le contact électrique avec un élément conducteur externe,
ledit dispositif
électronique ou électrochimique comprenant une surface de contact définissant
une zone
de connexion électrique, caractérisé en ce que l'organe de contact comprend :
- une première couche, disposée sur au moins la zone de connexion électrique,
cette première couche comprenant un matériau chargé en particules
15 électriquement conductrices, de préférence une résine polymérique et/ou
un
matériau obtenu par un procédé sol-gel, chargé en particules électriquement
conductrices et encore plus préférentiellement une résine polymérique chargée
en
graphite,
- une deuxième couche comprenant du cuivre Métallique, disposée sur la
première
couche de matériau chargé en particules électriquement conductrices,
- une troisième couche comprenant du zinc pur, disposée sur la deuxième
couche.
Dans un autre mode de réalisation, la présente invention propose comme autre
objet un
organe de contact pour un dispositif électronique ou électrochimique tel
qu'une batterie,
destiné à assurer le contact électrique avec un élément conducteur externe,
ledit dispositif
électronique ou électrochimique comprenant une surface de contact définissant
une zone
de connexion électrique, caractérisé en ce que l'organe de contact comprend :
- une première couche, disposée sur au moins la zone de connexion électrique,
cette première couche comprenant un matériau chargé en particules
électriquement conductrices, de préférence une résine polymérique et/ou un
matériau obtenu par un procédé sol-gel, chargé en particules électriquement
conductrices et encore plus préférentiellement une résine polymérique chargée
en
graphite,
- une deuxième couche comprenant du cuivre métallique, disposée sur la
première
couche de matériau chargé en particules électriquement conductrices,
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- une troisième couche comprenant un alliage étain-métal, disposée sur la
deuxième couche.
Avantageusement, le métal de l'alliage étain-métal est choisi parmi le zinc,
le plomb, le
palladium, l'or, le cuivre et un mélange de ceux-ci.
Dans un autre mode de réalisation, la présente invention propose comme autre
objet un
organe de contact pour un dispositif électronique ou électrochimique tel
qu'une batterie,
destiné à assurer le contact électrique avec un élément conducteur externe,
ledit dispositif
électronique ou électrochimique comprenant une surface de contact définissant
une zone
de connexion électrique, caractérisé en ce que l'organe de contact comprend :
- une première couche, disposée sur au moins la zone de connexion
électrique,
cette première couche comprenant un matériau chargé en particules
électriquement conductrices, de préférence une résine polymérique et/ou un
matériau obtenu par un procédé sol-gel, chargé en particules électriquement
conductrices et encore plus préférentiellement une résine polymérique chargée
en
graphite,
- une deuxième couche comprenant du cuivre métallique, disposée sur la
première
couche de matériau chargé en particules électriquement conductrices,
- une troisième couche comprenant de l'étain pur, disposée sur la deuxième
couche,
- une quatrième couche d'étain pur, disposée sur la troisième couche.
Dans lin autre mode de réalisation, la présente invention propose comme autre
objet un
organe de contact pour un dispositif électronique ou électrochimique tel
qu'une batterie,
destiné à assurer le contact électrique avec un élément conducteur externe,
ledit dispositif
électronique ou électrochimique comprenant une surface de contact définissant
une zone
de connexion électrique, caractérisé en ce que l'organe de contact comprend :
- une première couche, disposée sur au moins la zone de connexion électrique,
cette première couche comprenant un matériau chargé en particules
électriquement conductrices, de préférence une résine polymérique et/ou un
matériau obtenu par un procédé sol-gel, chargé en particules électriquement
conductrices et encore plus préférentiellement une résine polymérique chargée
en
graphite,
- une deuxième couche comprenant du cuivre métallique, disposée sur la
première
couche de matériau chargé en particules électriquement conductrices,
- une troisième couche comprenant du zinc pur, disposée sur la deuxième
couche,
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- une quatrième couche d'étain pur, disposée sur la troisième couche.
Dans un autre mode de réalisation, la présente invention propose comme autre
objet un
organe de contact pour un dispositif électronique ou électrochimique tel
qu'une batterie,
destiné à assurer le contact électrique avec un élément conducteur externe,
ledit dispositif
électronique ou électrochimique comprenant une surface de contact définissant
une zone
de connexion électrique, caractérisé en ce que l'organe de contact comprend :
- une première couche, disposée sur au moins la zone de connexion électrique,
cette première couche comprenant un matériau chargé en particules
électriquement conductrices, de préférence une résine polymérique et/ou un
matériau obtenu par un procédé sol-gel, chargé en particules électriquement
conductrices et encore plus préférentiellement une résine polymérique chargée
en
graphite,
- une deuxième couche comprenant du cuivre métallique, disposée sur la
première
couche de matériau chargé en particules électriquement conductrices,
- une troisième couche comprenant un alliage étain-métal, disposée sur la
deuxième couche,
- une quatrième couche d'étain pur, disposée sur la troisième couche.
Avantageusement, le métal de l'alliage étain-métal est choisi parmi le zinc,
le plomb, le
palladium, l'or, le cuivre et un mélange de ceux-ci.
Dans un autre mode de réalisation, la présente invention propose comme autre
objet un
organe de contact pour un dispositif électronique ou électrochimique tel
qu'une batterie,
destiné à assurer le contact électrique avec un élément conducteur externe,
ledit dispositif
électronique ou électrochimique comprenant une surface de contact définissant
une zone
de connexion électrique, caractérisé en ce que l'organe de contact comprend :
- une première couche, disposée sur au moins la zone de connexion
électrique,
cette première couche comprenant un matériau chargé en particules
électriquement conductrices, de préférence une résine polymérique et/ou un
matériau obtenu par un procédé sol-gel, chargé en particules électriquement
conductrices et encore plus préférentiellement une résine polymérique chargée
en
graphite,
- une deuxième couche comprenant du cuivre métallique, disposée sur la
première
couche de matériau chargé en particules électriquement conductrices,
- une troisième couche comprenant de l'étain pur, disposée sur la deuxième
couche,
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- une quatrième couche d'un alliage comprenant de l'argent, du palladium et
du
cuivre, disposée sur la troisième couche.
Dans un autre mode de réalisation, la présente invention propose comme autre
objet un
organe de contact pour un dispositif électronique ou électrochimique tel
qu'une batterie,
destiné à assurer le contact électrique avec un élément conducteur externe,
ledit dispositif
électronique ou électrochimique comprenant une surface de contact définissant
une zone
de connexion électrique, caractérisé en ce que l'organe de contact comprend :
- une première couche, disposée sur au moins la zone de connexion
électrique,
cette première couche comprenant un matériau chargé en particules
électriquement conductrices, de préférence une résine polymérique et/ou un
matériau obtenu par un procédé sol-gel, chargé en particules électriquement
conductrices et encore plus préférentiellement une résine polymérique chargée
en
graphite,
- une deuxième couche comprenant du cuivre métallique, disposée sur la
première
couche de matériau chargé en particules électriquement conductrices,
- une troisième couche comprenant du zinc pur, disposée sur la deuxième
couche,
- une quatrième couche d'un alliage comprenant de l'argent, du palladium et du
cuivre, disposée sur la troisième couche.
Dans un autre mode de réalisation, la présente invention propose comme autre
objet un
organe de contact pour un dispositif électronique ou électrochimique tel
qu'une batterie,
destiné à assurer le contact électrique avec un élément conducteur externe,
ledit dispositif
électronique ou électrochimique comprenant une surface de contact définissant
une zone
de connexion électrique, caractérisé en ce que l'organe de contact comprend :
- une première couche, disposée sur au moins la zone de connexion
électrique,
cette première couche comprenant un matériau chargé en particules
électriquement conductrices, de préférence une résine polymérique et/ou un
matériau obtenu par un procédé sol-gel, chargé en particules électriquement
conductrices et encore plus préférentiellement une résine polymérique chargée
en
graphite,
- une deuxième couche comprenant du cuivre métallique, disposée sur la
première
couche de matériau chargé en particules électriquement conductrices,
- une troisième couche comprenant un alliage étain-métal, disposée sur la
deuxième couche,
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- une quatrième couche d'un alliage comprenant de l'argent, du palladium et du
cuivre, disposée sur la troisième couche.
Avantageusement, le métal de l'alliage étain-métal est choisi parmi le zinc,
le plomb, le
palladium, l'or, le cuivre et un mélange de ceux-ci.
Dans un autre mode de réalisation, la présente invention propose comme autre
objet un
organe de contact pour un dispositif électronique ou électrochimique tel
qu'une batterie,
destiné à assurer le contact électrique avec un élément conducteur externe,
ledit dispositif
électronique ou électrochimique comprenant une surface de contact définissant
une zone
de connexion électrique, caractérisé en ce que l'organe de contact comprend :
- une première couche, disposée sur au moins la zone de connexion électrique,
cette première couche comprenant un matériau chargé en particules
électriquement conductrices, de préférence une résine polymérique et/ou un
matériau obtenu par un procédé sol-gel, chargé en particules électriquement
conductrices et encore plus préférentiellement une résine polymérique chargée
en
graphite,
- une deuxième couche comprenant du cuivre métallique, disposée sur la
première
couche de matériau chargé en particules électriquement conductrices,
- une troisième couche comprenant de l'étain pur, disposée sur la deuxième
couche,
- une quatrième couche d'un alliage constitué d'argent, de palladium et de
cuivre,
disposée sur la troisième couche.
Dans un autre mode de réalisation, la présente invention propose comme autre
objet un
organe de contact pour un dispositif électronique ou électrochimique tel
qu'une batterie,
destiné à assurer le contact électrique avec un élément conducteur externe,
ledit dispositif
électronique ou électrochimique comprenant une surface de contact définissant
une zone
de connexion électrique, caractérisé en ce que l'organe de contact comprend :
- une première couche, disposée sur au moins la zone de connexion électrique,
cette première couche comprenant un matériau chargé en particules
électriquement conductrices, de préférence une résine polymérique et/ou un
matériau obtenu par un procédé sol-gel, chargé en particules électriquement
conductrices et encore plus préférentiellement une résine polymérique chargée
en
graphite,
- une deuxième couche comprenant du cuivre métallique, disposée sur la
première
couche de matériau chargé en particules électriquement conductrices,
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- une troisième couche comprenant du zinc pur, disposée sur la deuxième
couche,
- une quatrième couche d'un alliage constitué d'argent, de palladium et de
cuivre,
disposée sur la troisième couche.
5 Dans un autre mode de réalisation, la présente invention propose comme autre
objet un
organe de contact pour un dispositif électronique ou électrochimique tel
qu'une batterie,
destiné à assurer le contact électrique avec un élément conducteur externe,
ledit dispositif
électronique ou électrochimique comprenant une surface de contact définissant
une zone
de connexion électrique, caractérisé en ce que l'organe de contact comprend :
10 - une première couche, disposée sur au moins la zone de connexion
électrique,
cette première couche comprenant un matériau chargé en particules
électriquement conductrices, de préférence une résine polymérique et/ou un
matériau obtenu par un procédé sol-gel, chargé en particules électriquement
conductrices et encore plus préférentiellement une résine polymérique chargée
en
15 graphite,
- une deuxième couche comprenant du cuivre métallique, disposée sur la
première
couche de matériau chargé en particules électriquement conductrices,
- une troisième couche comprenant un alliage étain-métal, disposée sur la
deuxième couche,
20 - une quatrième couche d'un alliage constitué d'argent, de palladium
et de cuivre,
disposée sur la troisième couche.
Avantageusement, le métal de l'alliage étain-métal est choisi parmi le zinc,
le plomb, le
palladium, l'or, le cuivre et un mélange de ceux-ci.
Un autre objet de l'invention est un dispositif électronique ou
électrochimique comportant
au moins un organe de contact selon l'invention, le dispositif électronique ou
électrochimique étant de préférence choisi parmi un condensateur, une batterie
et une
batterie à ions de lithium.
Un autre objet de l'invention est un procédé de fabrication d'au moins un
organe de
contact d'un dispositif électronique ou électrochimique tel qu'une batterie
comprenant :
a. l'approvisionnement d'un dispositif électronique ou électrochimique ledit
dispositif électronique ou électrochimique comprenant une surface de
contact définissant une zone de connexion électrique,
b. le dépôt sur au moins la zone de connexion électrique, de préférence sur
au moins la surface de contact, d'une première couche de matériau chargé
en particules électriquement conductrices, de préférence ladite première
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couche étant formée de résine polymérique et/ou d'un matériau obtenu par
un procédé sol-gel chargé en particules électriquement conductrices.
Avantageusement, ce procédé comprend après l'étape b), lorsque ladite première
couche
est formée de résine polymérique et/ou d'un matériau obtenu par un procédé sol-
gel
chargé en particules électriquement conductrices, une étape de séchage suivie
d'une
étape de polymérisation de ladite résine polymérique et/ou dudit matériau
obtenu par un
procédé sol-gel.
Avantageusement, ce procédé comprend après l'étape b) ou après l'étape de
polymérisation, les étapes suivantes :
c. le dépôt, sur la première couche, d'un feuillard métallique, ou d'une encre
comportant, de préférence un métal, préférentiellement du cuivre sous
forme de composés organocuivreux ou de particules, de préférence de
nanoparticules de cuivre,
d. le traitement thermique d'au moins la deuxième couche déposée afin
d'obtenir une couche conductrice.
Le feuillard métallique est, de préférence, choisi parmi les feuillards en
aluminium, les
feuillards en cuivre, les feuillards en titane, les feuillards en molybdène,
les feuillards en
acier inoxydable et les feuillards comprenant du cuivre métallique. La
deuxième couche a,
de préférence, une épaisseur inférieure à 20 pm, préférentiellement une
épaisseur
inférieure à 10 pm. Le métal du feuillard métallique peut être un alliage tel
que de l'acier
inoxydable ou un métal pur tel que du cuivre, de l'aluminium, du titane ou du
molybdène.
La nature des feuillards métalliques, des organes de contact selon
l'invention, utilisés
pour mettre en contact les anodes et cathodes, peut être différente.
Lorsqu'une encre est déposée sur la première couche, elle est avantageusement
déposée par trempage.
Avantageusement, ce procédé comprend après l'étape d), sur au moins la zone de
connexion électrique du dispositif électronique ou électrochimique, revêtue de
la première
et de la deuxième couche, une étape e) de dépôt d'étain pur et/ou de zinc
et/ou d'un
alliage étain-métal dans lequel le métal est choisi parmi le zinc, le plomb,
le palladium,
l'or, le cuivre et un mélange de ceux-ci, étant entendu que, de préférence le
dépôt d'étain
pur et/ou de zinc est réalisé par électrodéposition et que, de préférence le
dépôt dudit
alliage étain-métal est réalisé par trempage dans un bain en fusion dudit
alliage étain-
métal.
Avantageusement, ce procédé comprend après l'étape e), sur au moins la zone de
connexion électrique du dispositif électronique ou électrochimique, revêtue de
la
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première, de la deuxième couche et de la troisième couche, une étape f) de
dépôt d'une
couche d'étain pur par électrodéposition ou d'une couche d'un alliage
comprenant de
l'argent, du palladium et du cuivre.
Dans un autre mode de réalisation, la présente invention propose comme autre
objet un
organe de contact pour un dispositif électronique ou électrochimique tel
qu'une batterie,
destiné à assurer le contact électrique avec un élément conducteur externe,
ledit dispositif
électronique ou électrochimique comprenant une surface de contact définissant
une zone
de connexion électrique, caractérisé en ce que l'organe de contact comprend :
- une première couche, disposée sur au moins la zone de connexion électrique,
cette première couche comprenant un matériau chargé en particules
électriquement conductrices, de préférence une résine polymérique et/ou un
matériau obtenu par un procédé sol-gel, chargé en particules électriquement
conductrices et encore plus préférentiellement une résine polymérique chargée
en
graphite,
- une seconde couche de polymère conducteur disposée sur la première couche,
tel
qu'une couche de résine époxy chargée à l'argent,
- une troisième couche de nickel disposée sur la seconde couche, et
- une quatrième couche d'étain disposée sur la troisième couche.
Description des figures
Certains aspects de l'invention et modes de réalisation de l'invention sont
illustrés, en
référence aux figures annexées, données uniquement à titre d'exemples non
limitatifs,
dans lesquels :
[Fig. 1A], [Fig. 16], [Fig. 1C] et [Fig. 1D] représentent de manière
schématique, un organe
de contact disposé sur une zone de connexion électrique selon quatre variantes
de
l'invention.
[Fig. 1A] illustre la structure interne de différents éléments constitutifs
d'un organe de
contact selon la première variante de l'invention.
[Fig. 1B] illustre la structure interne de différents éléments constitutifs
d'un organe de
contact selon la deuxième variante de l'invention.
[Fig. 1C] illustre la structure interne de différents éléments constitutifs
d'un organe de
contact selon la troisième variante de l'invention.
[Fig. 10] illustre la structure interne de différents éléments constitutifs
d'un organe de
contact selon la quatrième variante de l'invention.
[Fig. 2] représente de manière schématique, une batterie faisant apparaitre un
élément
central et deux organes de contact disposés aux deux extrémités de l'élément
central.
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[Fig. 3] représente de manière schématique, une vue de face avec arrachement
selon la
ligne III-Ill d'une batterie, faisant apparaitre la structure interne de
l'élément central
comprenant un assemblage de cellules élémentaires recouvert par un système
d'encapsulation et celle des organes de contact selon l'invention.
[Fig. 4] représente une vue en perspective éclatée de l'empilement des couches
minces
d'anode et de cathode, de manière à ce que ces couches soient décalées
latéralement.
[Fig. 5A] représente une vue en sortie de l'anode montrant des zones de
connexion
électrique, i.e. les collecteurs de courant anodiques entourés sur leur
périphérie par le
système d'encapsulation.
[Fig. 5B] représente une vue en sortie de la cathode montrant des zones de
connexion
électrique, i.e. les collecteurs de courant cathodiques entourés sur leur
périphérie par le
système d'encapsulation.
[Fig. 6A], [Fig. 66], [Fig. 6C] et [Fig. 6D] représentent de manière
schématique, une vue
de face avec arrachement d'une batterie analogue à la figure 3.
[Fig. 6A] illustre la structure interne de différents éléments constitutifs
d'un organe de
contact selon la première variante de l'invention.
[Fig. 6B] illustre la structure interne de différents éléments constitutifs
d'un organe de
contact selon la deuxième variante de l'invention.
[Fig. 6C] illustre la structure interne de différents éléments constitutifs
d'un organe de
contact selon la troisième variante de l'invention.
[Fig. 6D] illustre la structure interne de différents éléments constitutifs
d'un organe de
contact selon la quatrième variante de l'invention.
Liste des repères utilisés sur les figures :
[Table 1]
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lin Batterie RSa Région-en-saillie'
2a Cellule .élémentairea R Rn Région-en-retraita
I0,12 Anode 40a Organe-de -contact-selon -l'invention
11a Couche-d'un -substrat- 41n Première-couche-de-l'organe-decontact.40-
se1on-
conducteura l'inventiona
12a Couche-d'un-matériau- 42a Deuxième-couche-de-l'organe-de-contact-40-
actitcranodea selon .1a-24me, -ou-
4éme.va riante-de l'inventiona
13a Couche-d'un-matériau- 43a Troisième-couche-de-rorgane-de-contact-40-
d'électrolyte selon la-3éme-ou-4ème-variante-
del'inventiona
20a Cathodea 44a Quatrième-couche -d eforgane -de-contact-40k
selon .1a-4ème-varia ntede-l'inventio na
21n Couche-d'un-substrat- 50a Zone-de-connexion-électrique
conducteur-ri
22a Couche-d'un-matériau- 51n Surface-de .contactrt
actif-de-cathode
23a Couche-mince-d'un- 111-11In Axen
matériau .d'électrolyteri
30a Système.
d'encapsulation-a
tr
Description de l'invention
Définitions
Sauf mention contraire, le concept de conductivité utilisée ici se réfère à
la
conductivité électrique.
On entend par encre toute composition fluide pouvant être appliquée sur un
support et
donnant après traitement de solidification une couche solide et conductrice ;
une encre
peut notamment être une suspension ou une solution. Le traitement d'une encre
permettant d'obtenir une couche conductrice peut notamment être un séchage,
une
polymérisation, un traitement thermique tel un frittage.
On entend par résine époxy, une résine comprenant au moins un polymère
polyépoxyde.
Description détaillée de l'invention
Les organes de contact électrique 40 d'un dispositif électronique ou
électrochimique tel
qu'une batterie 1, conformes à l'invention, sont disposés sur au moins une
zone de
connexion électrique 50 dudit dispositif électronique ou électrochimique,
comme illustré
en figures 1A, 1B, 1C et 1D. Les figures 1A, 1B, 1C et 1D illustrent la
structure interne de
différents éléments constitutifs d'un organe de contact selon respectivement
le premier, le
deuxième, le troisième et/ou le quatrième mode de réalisation de l'invention
où les
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différentes couches constituant l'organe de contact, outre leur rôle de
conducteur
électrique, ont chacune une fonction particulière.
Les organes de contact décrits ci-après peuvent être réalisés sur des
dispositifs
électroniques ou électrochimiques, et ce, dans la mesure où cela est possible
ou
5 envisageable pour l'homme du métier. Ces organes de contact sont ajoutés aux
dispositifs électroniques ou électrochimiques pour établir les contacts
électriques
nécessaires au bon fonctionnement desdits dispositifs. Ces organes de contacts
sont
avantageusement utilisables pour établir les contacts électriques nécessaires
au bon
fonctionnement de batteries comprenant des électrodes denses ou poreuses
imprégnées
10 d'un électrolyte liquide ainsi que de batteries comprenant des
électrolytes solides.
On va maintenant décrire la structure des organes de contact 40 d'un
dispositif
électronique ou électrochimique selon les quatre modes de réalisation de
l'invention,
notamment à titre d'exemple non limitatif, la structure des organes de contact
40 selon
l'invention d'une batterie 1 telle qu'une batterie à ions de lithium.
15 Les batteries 1 présentent une structure centrale sur laquelle on peut
déposer un système
d'encapsulation 30 et des organes de contact selon l'invention 40 (cf. figure
2). La figure
3, est une vue de face avec arrachement d'une batterie 1 faisant apparaitre la
structure
interne de l'élément central comprenant un assemblage de cellules élémentaires
2
recouvert par un système d'encapsulation 30 et celle des organes de contact 40
selon
20 l'invention. Chaque cellule élémentaire comprend une anode 10 et une
cathode 20,
chacune étant constituée d'un empilement de couches minces. L'anode comprend
successivement une couche mince d'un matériau d'électrolyte 13, une couche
mince d'un
matériau actif d'anode 12 tel que du Li4Ti5012, une couche mince métallique 11
(par
exemple en inox), une couche mince d'un matériau actif d'anode 12 tel que du
Li4Ti5012,
25 et une couche mince d'un matériau d'électrolyte 13. La cathode 20 comprend
successivement une couche mince d'un matériau d'électrolyte 23, une couche
mince d'un
matériau actif de cathode 22 tel que du LiMn204, une couche mince métallique
21 (par
exemple en inox), une couche mince d'un matériau actif de cathode 22 tel que
du
LiMn20.4) et une couche mince d'un matériau d'électrolyte 23, étant entendu
que la
batterie comprend une succession alternée d'au moins une anode 10 et d'au
moins une
cathode 20 dont deux feuilles adjacentes définissent au moins une région en
saillie RS,
destinée à former une zone de connexion accessible et au moins une région en
retrait
RR, destinée à former une zone de recouvrement, i.e. zone recouverte par le
système
d'encapsulation 30, comme cela est illustré en figure 4.
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Après l'étape d'empilement des couches minces constituant les cellules
élémentaires 2
(cf. figure 4), l'empilement peut être encapsulé dans un système
d'encapsulation 30
permettant d'assurer la protection de la batterie vis-à-vis de l'atmosphère.
La qualité de
l'encapsulation est d'une importance capitale pour les batteries aux ions de
lithium. Le
système d'encapsulation 30 est stable chimiquement, résiste à une température
élevée,
offre une protection contre l'humidité et est imperméable à l'atmosphère pour
jouer sa
fonction de couche barrière. Il peut être constitué de plusieurs couches non
représentées,
déposées successivement sur l'empilement, notamment sur les parties de l'objet
nécessitant d'être protégées. Ce système d'encapsulation permet une isolation
électrique
et une étanchéité des composants électroniques ou batteries tout en assurant
la
possibilité de pouvoir ultérieurement les connecter électriquement entre
eux/elles et/ou
avec des points de connexion externes.
Comme cela est illustré sur les figures 5A et 5B, avant de déposer les organes
de contact
40, l'empilement enrobé par le système d'encapsulation 30 est découpé suivant
des plans
de coupe permettant d'obtenir une batterie unitaire, avec la mise à nue sur
chacun des
plans de coupe des connexions (+) et (-) de la batterie, notamment dans les
régions en
saillie, de sorte que le système d'encapsulation revêt quatre des six faces de
ladite
batterie, de préférence de manière continue, afin que le système puisse être
assemblé
sans soudure, les deux autres faces de la batterie étant revêtues
ultérieurement par les
organes de contact 40. Avantageusement, la batterie comprend des organes de
contact
40 au niveau où les collecteurs de courant cathodique, respectivement
anodique, sont
apparents. De préférence, les zones de connexion électrique anodique 50 et les
zones de
connexion électrique cathodique 50 se trouvent sur les côtés opposés de
l'empilement (cf.
figures 5A et 5B). Sur et, de préférence, autour de ces zones de connexion
électrique
sont déposés les organes de contact 40 selon l'invention.
Nous décrivons maintenant, en relation avec la figure 1A, la figure 1B, la
figure 1C, la
figure 1D, la figure 6A, la figure 6B, la figure 6C et la figure 6D, cinq
modes de réalisation
des organes de contact selon l'invention.
Organes de contact électrique selon le premier mode de réalisation de
l'invention
Les organes de contact électrique 40 d'un dispositif électronique ou
électrochimique tel
qu'une batterie 1, conformes à l'invention, comprennent une première couche
41, qui
comprend un matériau chargé en particules électriquement conductrices. Ce
matériau est
avantageusement inerte vis-à-vis des réactions électrochimiques se déroulant
dans ledit
dispositif électronique ou électrochimique. Pour un dispositif
électrochimique, ce matériau
est avantageusement inerte aux potentiels de fonctionnement des électrodes
dudit
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dispositif. Ce matériau est, de préférence, une résine polymérique
(préférentiellement une
résine époxy) et/ou un matériau obtenu par un procédé sol-gel chargé en
particules
électriquement conductrices et avantageusement inertes vis-à-vis des réactions
électrochimiques se déroulant dans ledit dispositif. Ce matériau est déposé
sur au moins
une zone de connexion électrique 50 du dispositif électronique ou
électrochimique comme
illustré en figure 1A.
Dans le cas où le dispositif est un dispositif électrochimique, on choisit
pour les matériaux
intervenant dans la composition ou structure de l'organe de contact électrique
selon
l'invention, avantageusement des matériaux qui sont inertes vis-à-vis des
réactions
électrochimiques se déroulant dans ledit dispositif.
Les particules électriquement conductrices et inertes vis-à-vis des réactions
électrochimiques se déroulant dans ledit dispositif électronique ou
électrochimique sont,
de préférence, en carbone, notamment sous forme de noir de carbone, de
graphite ou
encore de graphène, ou en titane, ou en nitrures. Afin de minimiser les
résistances de
contact, la teneur en carbone dans les suspensions ou encres employées pour
élaborer
cette première couche est de préférence supérieure à 15% en masse.
La résine polymérique peut être une résine epoxy. La résine polymérique peut
être,
avantageusement, un polyépoxyde obtenu à partir d'au moins un matériau
précurseur
polymérisable, de préférence un un polyépoxyde obtenu à partir d'au moins un
matériau
précurseur photopolymérisable. Avantageusement, lorsque la résine polymérique
est une
résine époxy, la teneur en carbone dans les suspensions ou encres employées
est
supérieure à 15% en masse de noir de carbone.
Le matériau obtenu par un procédé sol-gel peut être de la silice.
La résine polymérique (préférentiellement une résine époxy) et/ou le matériau
obtenu par
un procédé sol-gel doit aussi être compatible avec les techniques employées
pour réaliser
les dispositifs électroniques ou électrochimiques, tels que des traitements
thermiques. A
titre d'exemple, dans le cas des batteries à ions de lithium, la résine
polymérique
(préférentiellement une résine époxy) et/ou le matériau obtenu par un procédé
sol-gel doit
être compatible chimiquement avec le lithium et compatible avec les étapes de
fabrication
d'une telle batterie afin d'éviter toute dégradation de ses propriétés. La
résine
polymérique (préférentiellement une résine époxy) et/ou le matériau obtenu par
un
procédé sol-gel doit être un élément stable tant d'un point de vue chimique
que
thermique.
Le carbone peut être introduit, dans la résine polymérique et/ou le matériau
obtenu par un
procédé sol-gel, sous forme de nanoparticules et/ou sous toute autre forme.
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'La couche 41 de matériau chargé en particules électriquement conductrices et
avantageusement inertes vis-à-vis des réactions électrochimiques se déroulant
dans ledit
dispositif électronique ou électrochimique, tel qu'une batterie 1, est
conductrice.
Avantageusement elle est souple, de manière à pouvoir peut absorber les
éventuelles
déformations que subit le dispositif électronique ou électrochimique tel
qu'une batterie 1,
notamment lorsqu'il est soudé sur un circuit électronique. Grâce à sa
souplesse cette
couche ne risque pas de rompre au niveau des interfaces en cas de
sollicitation
mécanique.
En outre, lorsque le dispositif est un dispositif électrochimique comportant
des matériaux
à insertion, ces derniers, même s'ils sont considérés comme dimensionnellement
stables,
se déforment toujours un peu en fonction de leur taux d'insertion. Ceci est
notamment le
cas pour les batteries 1 à ions de lithium comportant des matériaux à
insertion de lithium.
Ainsi, la couche 41 de matériau chargé en particules électriquement
conductrices fiabilise
les contacts électriques en absorbant les déformations, notamment pendant les
étapes
d'insertion et de désinsertion des matériaux d'électrode. Les particules,
électriquement
conductrices à base de carbone, notamment le graphite présent dans la couche
de
matériau chargé en particules électriquement conductrices, assurent la bonne
conduction
au niveau des contacts électriques sans dégrader les performances du
dispositif,
contrairement aux résines époxy chargées à l'argent de l'art antérieur qui ne
sont pas
déformables.
Par ailleurs, le carbone, notamment sous forme de noir de carbone ou de
graphite est
moins cher que l'argent ou que d'autres métaux nobles, et le remplacement de
ces
derniers par du carbone, notamment sous forme de noir de carbone ou de
graphite,
présente un avantage économique.
La couche de matériau chargé en en particules électriquement conductrices, de
préférence de résine polymérique chargée en carbone, présente avantageusement
une
épaisseur comprise entre 5 pm et 50 pm. Avantageusement, cette première couche
41
présente une épaisseur inférieure à 50 pm de manière à minimiser sa
résistivité : plus
cette première couche 41 est fine moins elle est résistive. Avantageusement,
cette
première couche 41 présente une épaisseur minimale de 5 pm; ceci permet d'une
part
d'assurer un bon contact électrique entre toutes les couches d'électrodes du
dispositif
électronique ou électrochimique, tel qu'une batterie, et permet d'autre part
de combler les
défauts d'alignement et de positionnement pouvant exister entre les
électrodes.
A titre d'exemple, lorsque les anodes sont à base de Li4Ti5012, la résine
polymérique et/ou
le matériau obtenu par un procédé sol-gel est préférentiellement chargé en
carbone ; le
carbone est inerte aux potentiels de fonctionnement des anodes à base de
Li4Ti5012. Ce
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carbone peut être du noir de carbone, du graphite ou encore du graphène. Le
carbone
peut être introduit, dans la résine polymérique et/ou le matériau obtenu par
un procédé
sol-gel, sous forme de nanoparticules et/ou sous toute autre forme.
Le procédé permettant d'obtenir un tel organe de contact électrique 40,
conforme au
premier mode de réalisation de l'invention, comprend tout d'abord :
a. l'approvisionnement d'un dispositif électronique ou électrochimique, ledit
dispositif comprenant une surface de contact 51 définissant une zone de
connexion électrique 50,
b. le dépôt, par tout moyen approprié, d'une première couche 41 de matériau
chargé en particules électriquement conductrices, de préférence d'une résine
polymérique et/ou un matériau obtenu par un procédé sol-gel chargé en
particules électriquement conductrices, sur au moins ladite zone de connexion
électrique 50, de préférence sur au moins la surface de contact 51, sachant
que
de préférence ce dépôt déborde légèrement sur les extrémités de la surface de
contact, de manière à venir recouvrir complétement la zone de connexion
électrique 50, de préférence la surface de contact 51 et garantissant ainsi
une
protection optimale du dispositif tel qu'une batterie, comme cela est illustré
en
figure 6 A, à titre d'exemple.
La couche 41 de matériau chargé en en particules électriquement conductrices,
de
préférence de matériau chargé en graphite, de préférence de résine polymérique
chargée
en graphite, peut être déposée par tout moyen approprié, notamment par
trempage. Cette
couche 41 est, de préférence, séchée et, lorsque le matériau chargé en
particules
électriquement conductrices est une résine polymérique et/ou un matériau
obtenu par un
procédé sol-gel, cette couche est avantageusement polymérisée avant tout autre
dépôt
ultérieur.
Organes de contact électrique selon le deuxième mode de réalisation de
l'invention
Dans ce deuxième mode de réalisation, la première couche est déposée comme
indiqué
précédemment dans le premier mode de réalisation, et dans le même but.
Avantageusement, les organes de contact électrique 40 d'un dispositif
électronique ou
électrochimique comprennent une deuxième couche 42 qui comprend du cuivre
métallique déposée sur la première couche 41 ou une deuxième couche 42'
constituée
d'un feuillard métallique déposée sur la première couche 41.0e feuillard
métallique est, de
préférence, choisi parmi les feuillards en aluminium, les feuillards en
cuivre, les feuillards
en titane, les feuillards en molybdène, les feuillards en acier inoxydable et
les feuillards
comprenant du cuivre métallique.. Avantageusement, ce feuillard métallique a
une
épaisseur inférieure à 20 pm, préférentiellement une épaisseur inférieure à 10
pm, plus
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préférentiellement de l'ordre de 5 pm, et encore plus préférentiellement
inférieure à 5 pm.
Le métal du feuillard métallique peut être un alliage tel que de l'acier
inoxydable ou un
métal pur tel que du cuivre, de l'aluminium, du titane ou du molybdène.
La nature des feuillards métalliques, des organes de contact selon
l'invention, utilisés
5 pour mettre en contact les anodes et cathodes, peut être différente.
Ladite première couche 41 comprend typiquement un matériau chargé en
particules
électriquement conductrices, de préférence de résine polymérique et/ou un
matériau
obtenu par un procédé sol-gel chargé en particules électriquement conductrices
(cf.
10 figures 1B et 6 B).
Cette deuxième couche 42, 42' remplit deux fonctions : d'une part, elle assure
l'étanchéité
de la structure, i.e. empêche la migration de l'eau à l'intérieur du
dispositif, et, d'autre part,
elle protège ladite première couche 41 de l'atmosphère, notamment de l'air et
de
l'humidité. Ainsi, cette deuxième couche 42, 42' évite la dégradation de la
structure et
15
améliore la durée de vie du dispositif électronique ou électrochimique. De
plus, lorsque le
dispositif électronique ou électrochimique est intégré dans une puce
électronique, plus
connue sous l'expression de circuit intégré , la deuxième couche 42
comprenant du
cuivre métallique facilite les connexions entre les différents composants du
circuit intégré,
et facilite in fine sa mise en oeuvre.
20 Le procédé permettant d'obtenir de tels organes de contact électrique 40,
conforme à
l'invention, comprend tout d'abord :
a. l'approvisionnement d'un dispositif électronique ou électrochimique, ledit
dispositif comprenant une surface de contact 51 définissant une zone de
connexion électrique 50,
25 b. le
dépôt, par tout moyen approprié, d'une première couche 41 de matériau
chargé en particules électriquement conductrices, de préférence d'une
résine polymérique et/ou un matériau obtenu par un procédé sol-gel
chargé en particules électriquement conductrices, sur au moins ladite zone
de connexion électrique 50, de préférence sur au moins la surface de
30
contact 51, sachant que de préférence ce dépôt déborde légèrement sur
les extrémités de la surface de contact, de manière à venir recouvrir
complètement la zone de connexion électrique 50, de préférence la surface
de contact 51 et garantissant ainsi une protection optimale du dispositif (cf.
figures 5A et 5B),
c. le dépôt par tout moyen approprié, sur ladite première couche 41, d'un
feuillard métallique, ou d'une encre comportant du cuivre sous forme de
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composés organo-cuivreux ou de particules, de préférence de
nanoparticules de cuivre, et
d. le traitement thermique d'au moins la deuxième couche déposée afin
d'obtenir une couche conductrice 42, 42'.
Ce feuillard métallique est, de préférence, choisi parmi les feuillards en
aluminium, les
feuillards en cuivre, les feuillards en titane, les feuillards en molybdène,
les feuillards en
acier inoxydable et les feuillards comprenant du cuivre métallique. La
deuxième couche a,
de préférence, une épaisseur inférieure à 20 pm, préférentiellement une
épaisseur
inférieure à 10 pm. Le métal du feuillard métallique peut être un alliage tel
que de l'acier
inoxydable ou un métal pur tel que du cuivre, de l'aluminium, du titane ou du
molybdène.
La nature des feuillards métalliques, des organes de contact selon
l'invention, utilisés
pour mettre en contact les anodes et cathodes, peut être différente.
Lorsqu'une encre est déposée sur la première couche, elle est avantageusement
déposée par trempage.
Lorsque la deuxième couche est obtenue, par dépôt, par tout moyen approprié,
d'un
feuillard métallique, le traitement thermique d'au moins la deuxième couche
déposée
facilite l'adhésion entre la première couche et la deuxième couche, i.e.
facilite l'adhésion
entre les zones de connexion électrique (anodique et cathodique) et la
deuxième couche
et permet d'obtenir une couche conductrice 42' solidaire de la première
couche.
Par solidaire on entend, que dans des conditions normales d'utilisation, la
première
couche et la deuxième couche sont fixées l'une à l'autre sans degré de
liberté.
La couche conductrice 42' présente avantageusement une épaisseur comprise
entre 1
pm et 50 pm et de préférence entre 3 pm et 20 pm, indépendamment des variantes
de
réalisation selon l'invention. Une épaisseur de 1 pm est suffisante pour
assurer
l'étanchéité du dispositif électronique ou électrochimique tel qu'une batterie
1.
Lorsque la deuxième couche est obtenue à partir d'une encre comportant du
cuivre sous
forme de composés organo-cuivreux ou de particules, de préférence de
nanoparticules de
cuivre, le traitement thermique d'au moins la deuxième couche déposée permet
d'obtenir
une couche de cuivre métallique conductrice 42 exempte de composés organiques.
La couche de cuivre métallique 42 présente avantageusement une épaisseur
comprise
entre 1 pm et 50 pm et de préférence entre 3 pm et 20 pm, indépendamment des
variantes de réalisation selon l'invention. Une épaisseur de 1 pm est
suffisante pour
assurer l'étanchéité du dispositif électronique ou électrochimique tel qu'une
batterie 1.
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Le dépôt, sur la première couche 41, d'une encre comportant du cuivre sous
forme de
composés organo-cuivreux ou de particules de cuivre, de préférence de
nanoparticules
de cuivre, peut être effectué par tout moyen approprié, de préférence par
trempage.
La couche de cuivre 42 peut notamment être déposée par voie électrochimique,
cependant cette technique nécessite de tremper la zone de connexion électrique
recouverte d'un matériau chargé en particules électriquement conductrices, de
préférence
recouverte de résine polymérique et/ou un matériau obtenu par un procédé sol-
gel chargé
dans un bain aqueux. Ce contact électrique n'étant pas parfaitement étanche,
il est
préférable de ne pas utiliser de telles techniques pour ne pas dégrader les
performances
du dispositif électronique ou électrochimique, i.e. de la batterie.
Pour la réalisation d'une couche de cuivre métallique 42, on préfère les
techniques de
dépôt à base d'encre organiques, i.e. des solutions comprenant des composés
organo-
cuivreux ou des suspensions comprenant des particules de cuivre, de préférence
des
nanoparticules de cuivre dispersées dans un solvant organique.
Les encres organiques employées, comportant du cuivre sous forme de composés
organo-cuivreux ou des particules de cuivre, de préférence des nanoparticules
de cuivre,
peuvent être des encres identiques à celles utilisées en impression de pistes
conductrices sur des supports polymériques ou utilisées en électronique
imprimée, telles
que les encres contenant des nanoparticules de cuivre fonctionnalisées, par
exemple par
de la polyvinylpyrrolidone (PVP). Avantageusement, lorsque l'encre comprend
des
particules de cuivre, de préférence des nanoparticules de cuivre, ces
dernières
représentent entre 10% et 85% massique de l'encre. Le taux de dilution des
particules de
cuivre dans l'encre va moduler la viscosité de la suspension, ce qui permettra
d'ajuster
l'épaisseur du dépôt de la deuxième couche. Les solvants utilisés pour
formuler cette
encre peuvent être organiques, notamment de l'éthylène glycol. Le diamètre
moyen des
particules de cuivre est de l'ordre d'une dizaine de nanomètres, de préférence
compris
entre 30 nm et 40 nm.
Le traitement thermique de l'encre déposée sur la première couche est un
frittage : il vise
à augmenter la densité d'au moins la deuxième couche déposée comportant des
nanoparticules de cuivre. Elle peut être réalisée par la technique de frittage
flash (connue
sous l'expression anglaise Flash Light Sintering ), notamment par frittage
sous une
lampe au Xénon, pulsée. Cette couche 42 comporte cependant des matériaux
organiques
isolants qui doivent être éliminés par traitement thermique. Le traitement
thermique
conduit à la décomposition des composés organiques des suspensions ou encres
qui
partent dans la phase vapeur, pour ne laisser plus qu'un dépôt de cuivre
métallique. De la
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même manière, lorsque la suspension ou l'encre contient des nanoparticules de
cuivre,
ces traitements thermiques vont également permettre au fur et mesure de
l'élimination
des solvants organiques de relier les nanoparticules entre elles, de les
fritter à basse
température, et de densifier le dépôt jusqu'à l'obtention d'une couche de
cuivre
métallique, dense et conductrice électrique.
Ces techniques permettent d'obtenir des films de cuivre pur à relativement
basse
température et dont la compacité varie en fonction des conditions de durées et
de
température de frittage.
Avantageusement, les couches déposées sont densifiées, afin de minimiser la
présence
de cavités, pores, fissures et autres défauts de compacité. Cette étape de
densification
peut être réalisée par traitement thermique et/ou par irradiation sous une
lampe à Xénon.
La température optimale dépend fortement de la composition chimique des
suspensions,
encres, résines et poudres déposées. Avantageusement, le frittage est effectué
à une
température ne dépassant pas 300 C. Dans certains modes de réalisation, elle
ne
dépasse pas 200 C.
Par ailleurs, l'inventeur a constaté que plus la taille des particules de
cuivre déposées
diminue, plus la température du traitement thermique peut être diminuée. Il
est ainsi
possible de réaliser des dépôts en couches minces avec un taux de porosité
inférieur à
5% voire inférieur à 2%, sans avoir recours à des températures et/ou une durée
de
traitement thermiques importants. Lorsque les suspensions ou encres employées
contiennent des nanoparticules de cuivre, ceci permet de réduire les
températures et
durées de frittage qui se situent de l'ordre de 200-300 C pour l'obtention
d'une couche
quasi totalement densifiée, i.e. une couche possédant un taux de porosité
inférieur ou
égal à 5%.
Pour des tailles de particules telles que celles utilisées dans le procédé
selon l'invention,
à savoir de l'ordre d'une dizaine de nanomètres, de préférence comprises entre
30 nm et
40 nm, c'est l'augmentation de l'énergie de surface qui devient la principale
force motrice
de la densification par traitement thermique ; cela se traduit par le fait que
lorsque la taille
des particules diminue la densification thermique débute à une température
significativement plus faible. La présence d'agglomérats et de cavités inter-
agglomérats
influence également la densification, aussi il est important que les
suspensions ou encres
soient stables, de préférence contiennent des stabilisants permettant d'éviter
les
phénomènes d'agglomération.
Selon l'invention, on densifie au moins une des couches déposées, et de
préférence
toutes les couches déposées. Très avantageusement, lorsque la deuxième couche
42
comporte des nanoparticules de cuivre, l'étape de densification est effectuée
après le
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dépôt de cette deuxième couche (avant le dépôt d'une couche nouvelle), par
frittage, de
préférence par irradiation avec des lampes UV, afin d'obtenir une couche de
cuivre
métallique de bonne qualité, dotée d'une faible résistance interne, ainsi
qu'une bonne
liaison entre les première et deuxième couches.
Outre le fait d'être électriquement très conductrice, la couche de cuivre
métallique crée
une surface d'accroche propice au dépôt d'autres couches par immersion dans un
bain de
métal ou d'alliage fondu, et ce même si la couche de cuivre métallique n'est
pas
consolidée à 100%. En effet, les alliages à base de d'étain et/ou de zinc
mouillent bien les
surfaces en cuivre.
Organes de contact électrique selon le troisième mode de réalisation de
l'invention
Dans un troisième mode de réalisation, les organes de contact électrique d'un
dispositif
électronique ou électrochimique conformes à l'invention, comprennent :
- une première couche 41 de matériau chargé en particules électriquement
conductrices , de préférence d'une résine polymérique et/ou un matériau obtenu
par un procédé sol-gel chargé en particules électriquement conductrices , et
encore plus préférentiellement de résine époxy chargée en particules
électriquement conductrices, déposée sur au moins une zone de connexion
électrique du dispositif électronique ou électrochimique, de préférence sur au
moins une surface de contact définissant ladite zone de connexion électrique,
de
manière à venir recouvrir complétement la zone de connexion électrique, de
préférence la surface de contact et garantissant ainsi une protection optimale
du
dispositif,
- une deuxième couche 42' constituée d'un feuillard métallique, de
préférence choisi
parmi les feuillards en aluminium et les feuillards en acier inoxydable, ou
comprenant du cuivre métallique, déposée sur la première couche de matériau
chargé en particules électriquement conductrices,
- une troisième couche 43 comprenant de l'étain pur et/ou du zinc pur et/ou
un
alliage étain-métal dans lequel le métal est choisi parmi le zinc, le plomb,
le
palladium, l'or, le cuivre et un mélange de ceux-ci, ladite troisième couche
étant
déposée sur ladite deuxième couche (cf. figures 1 C et 6 C).
Ce feuillard métallique est, de préférence, choisi parmi les feuillards en
aluminium, les
feuillards en cuivre, les feuillards en titane, les feuillards en molybdène,
les feuillards en
acier inoxydable et les feuillards comprenant du cuivre métallique. La
deuxième couche a,
de préférence, une épaisseur inférieure à 20 pm, et encore plus
préférentiellement une
épaisseur inférieure à 10 pm. Le métal du feuillard métallique peut être un
alliage tel que
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de l'acier inoxydable ou un métal pur tel que du cuivre, de l'aluminium, du
titane ou du
molybdène.
La nature des feuillards métalliques, des organes de contact selon
l'invention, utilisés
pour mettre en contact les anodes et cathodes, peut être différente.
5 La deuxième couche comprenant du cuivre métallique peut être obtenue par
dépôt d'une
encre. Lorsqu'une encre est déposée sur la première couche, elle est
avantageusement
déposée par trempage.
Dans ce troisième mode de réalisation, les première et deuxième couches sont
déposées
comme indiqué précédemment dans le deuxième mode de réalisation, et dans le
même
10 but. La troisième couche 43 comprend de l'étain pur et/ou du zinc pur et/ou
un alliage
étain-métal dans lequel le métal est choisi parmi le zinc, le plomb, le
palladium, l'or, le
cuivre et un mélange de ceux-ci. Ledit alliage étain - métal est déposé par
tout moyen
approprié sur ladite deuxième couche, de préférence par trempage dans un bain
de
l'alliage en fusion. Les bonnes propriétés de mouillages de ces métaux et
alliages en
15 fusion sur le cuivre permettent d'assurer le parfait comblement de tous les
défauts et
assure ce faible VVVTR. La mesure de la perméance à la vapeur d'eau (VVVTR)
peut se
faire à l'aide d'une méthode qui fait l'objet du US 7,624,621 et qui est
également décrite
dans la publication Structural properties of ultraviolet cured polysilazane
gas barrier
layers on polymer substrates par A. Mortier et al., parue dans la revue Thin
Solid Films
20 6+550 (2014) 85-89.
Par ailleurs, la composition chimique de l'alliage déposée par immersion dans
le bain
fondu est définie de manière que la température de fusion de l'alliage soit la
plus faible
possible mais toujours supérieure à 250 C pour garantir la compatibilité et
l'intégrité de
cette couche métallique de protection pendant les étapes ultérieures de
soudure-refusion,
25 appelées solder-reflow en anglais.
Les couches obtenues par immersion dans un bain de métal en fusion sont
réputées être
totalement denses, métalliques et totalement étanches vis-à-vis de la
perméation aux
molécules d'eau. Aussi, cette troisième couche métallique 43 permet d'assurer
la totale
étanchéité de la batterie. Les potentiels défauts présents dans la couche en
cuivre
30 métallique 42 sont alors colmatés par la réalisation de cette troisième
couche par
immersion dans le bain de métal fondu, par galvanisation ou par étamage (connu
en
anglais sous l'expression tinning ou hot dip tinning).
Cette troisième couche 43 assure l'étanchéité du dispositif ainsi que sa
soudabilité.
Ce procédé présente de nombreux avantages. Ladite troisième couche est déposée
par
35 un procédé simple, rapide et facile à mettre en oeuvre. Il n'est plus
nécessaire d'utiliser
des procédés tels que le dépôt de couches atomiques (ALD) ou des procédés de
dépôt
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sous vide pour obtenir une bonne étanchéité des organes de contact électrique
et de la
structure du dispositif.
De préférence, la troisième couche 43 comprend des alliages à bas point de
fusion.
Idéalement ces alliages sont conçus pour avoir une température de fusion
comprise en
280 et 320 C afin de ne pas altérer la batterie et rester solide pendant les
étapes
d'assemblage par refusion ; la soudure par refusion des composants
électroniques
s'effectuant à 260 C. A titre d'exemple, des alliages Sn/Zn sont préférés,
dans lesquels la
teneur en Zn se situerait aux alentours de 40% +/-10% massique, ce qui permet
d'obtenir
un point de fusion avoisinant les 300 C, soit un point de fusion supérieur à
celui de l'étain
pur utilisé pour les assemblages par refusion (232 C).
Par ailleurs, l'alliage étain - métal (tel que l'alliage étain ¨ zinc) mouille
et recouvre
parfaitement le cuivre présent dans la deuxième couche 42. Après
refroidissement, cette
troisième couche est dense, i.e. exempte de pores.
Organes de contact électrique selon le quatrième mode de réalisation de
l'invention
Dans un quatrième mode de réalisation, les organes de contact électrique d'un
dispositif
électronique ou électrochimique tel qu'une batterie, conformes à l'invention,
comprennent :
- une première couche 41 de matériau chargé en particules électriquement
conductrices et inertes vis-à-vis des réactions électrochimiques se déroulant
dans
la batterie, de préférence d'une résine polymérique et/ou un matériau obtenu
par
un procédé sol-gel chargé en particules électriquement conductrices et inertes
vis-
à-vis des réactions électrochimiques se déroulant dans la batterie, et encore
plus
préférentiellement de résine époxy chargée en particules électriquement
conductrices et inertes vis-à-vis des réactions électrochimiques se déroulant
dans
la batterie, déposée sur au moins une zone de connexion électrique du
dispositif
électronique ou électrochimique, de préférence sur au moins une surface de
contact définissant ladite zone de connexion électrique, de manière à venir
recouvrir complétement la zone de connexion électrique, de préférence la
surface
de contact et garantissant ainsi une protection optimale du dispositif,
- une deuxième couche 42, 42' constituée d'un feuillard métallique ou
comprenant
du cuivre métallique déposée sur la première couche,
- une troisième couche 43 comprenant de l'étain pur et/ou du zinc pur et/ou un
alliage étain-métal dans lequel le métal est choisi parmi le zinc, le plomb,
le
palladium, l'or, le cuivre et un mélange de ceux-ci, déposée sur la deuxième
couche, et
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- une quatrième couche 44 d'étain pur ou une quatrième couche d'un alliage
comprenant, de préférence contenant de l'argent, du palladium et du cuivre,
déposée sur la troisième couche (cf. figures 1 D et 6 D).
Le feuillard métallique de la deuxième couche est, de préférence, choisi parmi
les
feuillards en aluminium, les feuillards en cuivre, les feuillards en titane,
les feuillards en
molybdène, les feuillards en acier inoxydable et les feuillards comprenant du
cuivre
métallique. La deuxième couche a, de préférence, une épaisseur inférieure à 20
pm,
préférentiellement une épaisseur inférieure à 10 pm. Le métal du feuillard
métallique peut
être un alliage tel que de l'acier inoxydable ou un métal pur tel que du
cuivre, de
l'aluminium, du titane ou du molybdène.
La nature des feuillards métalliques, des organes de contact selon
l'invention, utilisés
pour mettre en contact les anodes et cathodes, peut être différente.
Dans ce quatrième mode de réalisation, les première, deuxième et troisième
couches
sont déposées comme indiqué précédemment dans le premier, le second et le
troisième
mode de réalisation et dans le même but. La quatrième couche 44 d'étain pur ou
la
quatrième couche d'un alliage comprenant, de préférence contenant de l'argent,
du
palladium et du cuivre, est déposée, par tout moyen approprié, sur la
troisième couche.
De préférence, les métaux purs comme l'étain sont déposés par
électrodéposition.
Cette quatrième couche garantit la qualité de la connectique des organes de
contact
électrique par un procédé simple, rapide et facile à mettre en oeuvre, réduit
les
résistances de contact tout en conférant une bonne soudabilité des organes de
contact
électrique. En fonction de la composition chimique de cette quatrième couche,
cette
dernière assure, avantageusement, la faible oxydation des contacts.
Ces 3ème et 4ème couches confèrent aux organes de contact électrique une durée
de vie
très élevée. Lorsque la quatrième couche comprend un alliage comprenant, de
préférence
contenant de l'argent, du palladium et du cuivre, cet alliage ne s'oxyde pas
contrairement
à l'étain, et confère ainsi aux organes de contact électrique, de meilleures
performances
dans le temps.
Le dispositif électronique ou électrochimique comprenant au moins un tel
organe de
contact présente une durée de vie très élevée.
Orqanes de contact électrique selon un cinquième mode de réalisation de
l'invention
Dans ce cinquième mode de réalisation, la première couche est déposée comme
indiqué
précédemment dans le premier mode de réalisation, et dans le même but.
Avantageusement et dans ce cinquième mode de réalisation, les organes de
contact
électrique 40 d'un dispositif électronique ou électrochimique sont constitués
de
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multicouches i.e. sont constitués d'une première couche 41, d'une seconde
couche de
polymère conducteur disposée sur la première couche, tel qu'une résine époxy
chargée à
l'argent, d'une troisième couche de nickel disposée sur la seconde couche et
d'une
quatrième couche d'étain disposée sur la troisième couche.
Ladite première couche 41 comprend typiquement un matériau chargé en
particules
électriquement conductrices, de préférence de résine polymérique et/ou un
matériau
obtenu par un procédé sol-gel chargé en particules électriquement
conductrices. Cette
première couche permet d'éviter l'insertion du lithium dans la seconde couche
de
polymère conducteur, tel qu'une résine chargée à l'argent.
La deuxième de polymère conducteur, de préférence en résine époxy chargée en
argent,
permet de procurer de la souplesse à la connectique sans rompre le contact
électrique lorsque le circuit électrique est soumis à des contraintes
thermiques et/ou
vibratoires. La couche de nickel protège la couche de polymère pendant les
étapes
d'assemblage par soudure, et la couche d'étain assure la soudabilité de
l'interface de la
batterie.
La batterie selon l'invention peut être une microbatterie aux ions de lithium,
une
minibatterie aux ions de lithium, ou encore une batterie à ions de lithium de
forte
puissance. En particulier, elle peut conçue et dimensionnée de manière à avoir
une
capacité inférieure ou égale à environ 1 mA h (appelée couramment
microbatterie ), de
manière à avoir une puissance supérieure à environ 1 mA h jusqu'à environ 1 A
h
(appelée couramment minibatterie ), ou encore de manière à avoir une
capacité
supérieure à environ 1 A h (appelée couramment batterie de puissance ). De
manière
typique, les microbatteries sont conçues de manière à être compatibles avec
les procédés
de fabrication de la microélectronique.
Les batteries de chacune de ces trois gammes de puissance peuvent être
réalisées :
- soit avec des couches de type tout solide , i.e. dépourvues de phases
liquides ou pâteuses imprégnées (lesdites phases liquides ou pâteuses
pouvant être un milieu conducteur d'ions de lithium, capable d'agir comme
électrolyte),
- soit avec des couches de type tout solide mésoporeuses, imprégnées par
une phase liquide ou pâteuse, typiquement un milieu conducteur d'ions de
lithium, qui entre spontanément à l'intérieur de la couche et qui ne ressort
plus
de cette couche, de sorte que cette couche puisse être considérée comme
quasi-solide,
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soit avec des couches poreuses imprégnées (i.e. couches présentant un
réseau de pores ouverts qui peuvent être imprégnés avec une phase liquide ou
pâteuse, et qui confère à ces couches des propriétés humides).
Exemple
Le procédé selon l'invention peut être mis en uvre de la manière suivante,
dans le cadre
de la fabrication d'une batterie, notamment de ses organes de contact.
Exemple 1 : Fabrication d'une batterie 1 utilisant des organes de contact
électrique 40
selon l'invention
a. Réalisation d'une anode à base de Li4Ti5012
On a préparé des nanoparticules de Li4Ti5012 comme matériau d'anode par
broyage de
manière à obtenir une taille de particules inférieure à 100 nm. Les
nanoparticules de
Li4Ti5012 ont ensuite été dispersées dans de l'éthanol absolu à 10g/I avec
quelques ppm
d'acide citrique afin d'obtenir une suspension de nanoparticules de Li4Ti5012.
Les électrodes négatives ont été préparées par dépôt électrophorétique des
nanoparticules de Li4Ti5012 contenues dans la suspension préalablement
préparée, sur
des feuillards en acier inoxydables. Le film de Li4Ti5012 (environ 1 micron) a
été déposé
sur les deux faces du substrat. Ces films ont ensuite été traités
thermiquement à 600 C
pendant 1h afin de souder les nanoparticules entre elles, d'améliorer
l'adhérence au
substrat et de parfaire la recristallisation du Li4Ti5012
b. Réalisation d'une cathode à base de Li1-ExMn2-v04
On a préparé des nanoparticules cristallines de Li1,Mn210.4 avec x=y=0.05,
comme
matériau de cathode, par broyage de manière à obtenir des tailles de
particules
inférieures à 100 nm. Les nanoparticules de Li1+xMn2_y04 ont ensuite été
dispersées dans
de l'éthanol absolu à 25g/1 afin d'obtenir une suspension de nanoparticules de
Li1"Mn2_
y04. Cette suspension a ensuite été diluée dans l'acétone jusqu'à une
concentration de
5 g/I.
Les électrodes positives ont été préparées par dépôt électrophorétique des
nanoparticules de Li1+xMn2_y04 avec x=y=0.05 contenues dans la suspension
préalablement préparée, sur des feuillards en acier inoxydables. Le film mince
de
Li1,õMn2_y04 (environ 1 micron) a été déposé sur les deux faces du substrat.
Ces films ont
ensuite été traitées thermiquement à 600 C pendant lh afin de souder les
nanoparticules
entre elles, d'améliorer l'adhérence au substrat et de parfaire la
recristallisation du
Li1+xMn2104.
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c.
Réalisation sur les couches d'anode et de cathode précédemment
élaborées d'une couche poreuse à partir d'une suspension de
nanoparticules de Li3PO4
La suspension de nanoparticules de Li3P0.4 a été élaborée à partir des deux
solutions
5 présentées ci-dessous.
45,76 g de CH3000Li, 2H20 ont été dissous dans 448 ml d'eau, puis 224 ml
d'éthanol
ont été ajoutés sous vive agitation au milieu afin d'obtenir une solution A.
16,24 g de H3P0.4 (85 wt% dans l'eau) ont été dilués dans 422,4 ml d'eau, puis
182,4 ml
d'éthanol ont été ajoutés à cette solution afin d'obtenir une seconde solution
appelée ci-
10 après solution B.
La solution B a ensuite été ajoutée, sous vive agitation, à la solution A.
La solution obtenue, parfaitement limpide après disparition des bulles formées
au cours
du mélange, a été ajoutée à 4,8 litres d'acétone sous action d'un
homogénéiseur de type
UltraturraxTM afin d'homogénéiser le milieu. On a immédiatement observé une
15 précipitation blanche en suspension dans la phase liquide.
Le milieu réactionnel a été homogénéisé pendant 5 minutes puis a été maintenu
10
minutes sous agitation magnétique. On a laissé décanter pendant 1 à 2 heures.
Le
surnageant a été écarté puis la suspension restante a été centrifugée 10
minutes à 6000
g. Ensuite on a ajouté 1,2 1 d'eau pour remettre le précipité en suspension
(utilisation
20 d'une sonotrode, agitation magnétique). Deux lavages supplémentaires de ce
type ont
ensuite été effectués à l'éthancil. Sous vive agitation, on a ajouté 15 ml
d'une solution de
Bis[2-(methacryloyloxy)ethylphosphate à 1 g/m1 à la suspension colloïdale dans
l'éthanol
ainsi obtenue. La suspension est ainsi devenue plus stable. la suspension a
ensuite été
soniquée à l'aide d'une sonotrode. La suspension a ensuite été centrifugée 10
minutes à
25 6000 g. Le culot a ensuite été redispersé dans 1,2 1 d'éthanol puis
centrifugé 10 mins à
6000 g. Les culots obtenus sont redispersés dans 900 ml d'éthanol afin
d'obtenir une
suspension à 15 g/I apte à la réalisation d'un dépôt électrophorétique.
Des agglomérats d'environ 200 nm constitués de particules primaires de Li3PO4
de 10 nm
ont ainsi été obtenus en suspension dans l'éthanol.
30 Des couches minces poreuses de Li3PO4 ont ensuite été déposées par
électrophorèse
sur la surface des anode et cathode précédemment élaborées en appliquant un
champ
électrique de 20V/cm à la suspension de nanoparticules de Li3P0.4 précédemment
obtenue, pendant 90 secondes pour obtenir une couche d'environ 2 pm. La couche
a
ensuite été séchée à l'air à 120 C puis un traitement de calcination à 350 C
pendant 120
35 minutes a été effectué sur cette couche préalablement séchée afin
d'éliminer toute trace
de résidus organiques.
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41
Plusieurs anodes, respectivement cathodes, en couches minces ont été réalisées
selon le
procédé décrit ci-dessus.
d. Réalisation d'une batterie comprenant plusieurs cellules
électrochimiques
Plusieurs anodes, respectivement cathodes, en couches minces, ont été
réalisées selon
l'exemple a), respectivement l'exemple b). Ces électrodes ont été recouvertes
d'une
couche d'électrolyte à partir d'une suspension de nanoparticules de Li3PO4
comme
indiqué ci-dessus.
Après avoir déposé 2 pm de Li3PO4 poreux sur chacune des électrodes (LiMn204
et
Li4Ti5012) précédemment élaborées, les deux sous-systèmes ont été empilés de
manière
à ce que les films de Li3PO4 soient en contact. Cet empilement comprenant une
succession alternée de cathode et d'anode en couches minces recouvertes d'une
couche
poreuse et dont les films de Li3PO4 étaient en contact, a ensuite été pressé à
chaud sous
vide.
Pour ce faire, l'empilement a été placé sous une pression de 5 MPa puis séché
sous vide
pendant 30 minutes à 10-3 bar. Les plateaux de la presse ont ensuite été
chauffés à 550
C avec une vitesse de 0,4 C/seconde. A 550 C, l'empilement a ensuite été
thermo-
comprimé sous une pression de 45 MPa pendant 20 minutes, puis le système a été
refroidi à température ambiante.
Une fois l'assemblage réalisé puis séché à 120 C pendant 48 heures sous vide
(10
mbars), un système rigide, multicouche constitué de plusieurs cellules
assemblées a été
obtenu.
Une batterie à ions de lithium comprenant plusieurs cellules électrochimiques,
chacune
comprenant des électrodes selon l'invention, a ainsi été obtenue.
e. Réalisation d'une cellule électrochimique ou d'une batterie encapsulée
Une cellule électrochimique, respectivement une batterie comprenant plusieurs
cellules
électrochimiques, a été réalisée selon l'exemple e), respectivement l'exemple
f). Ces
dispositifs ont été encapsulés par des couches successives.
Une première couche de parylène F (CAS 1785-64-4) d'environ 2 pm d'épaisseur a
été
déposée par CVD sur la cellule électrochimique, respectivement sur la batterie
comprenant plusieurs cellules électrochimiques.
Une couche d'alumine Al2O3 a ensuite été déposée par ALD sur cette première
couche de
parylène F. La cellule électrochimique, respectivement la batterie comprenant
plusieurs
cellules électrochimiques revêtue d'une couche de parylène a été introduite
dans la
chambre d'un réacteur ALD P300 PicosunTM. La chambre du réacteur ALD a été
préalablement mise sous vide à 5 hPa et à 120 C et préalablement soumise
pendant 30
minutes à un flux de triméthylaluminium (ci-après TMA) ¨ (CAS : 75-24-1), un
précurseur
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chimique de l'alumine sous azote contenant moins de 3 ppm d'eau ultra-pure de
type 1 (a
0,05 pS/cm) comme gaz porteur à un débit de 150 sccm (cm' standard / min),
afin de
stabiliser l'atmosphère de la chambre du réacteur avant tout dépôt. Après
stabilisation de
la chambre, une couche d'Al203 de 30 nm a été déposée par ALD.
Une couche de parylène F d'environ 2 pm d'épaisseur a ensuite été déposée par
CVD sur
la deuxième couche d'alumine A1203.
Une couche d'alumine A1203 d'environ 30 nm d'épaisseur a ensuite été déposée
par ALD,
comme indiqué précédemment, sur cette troisième couche de parylène F.
Sur cette quatrième couche a ensuite été déposée par trempage une couche de
résine
époxy d'environ 10 pm. Cette cinquième couche a ensuite été durcie sous
ultraviolets
(UV) de manière à réduire la vitesse de dégradation de la batterie par des
éléments
atmosphériques.
L'empilement ainsi encapsulé a ensuite été découpé suivant des plans de coupe
permettant d'obtenir une cellule électrochimique, respectivement une batterie
unitaire,
avec la mise à nue sur chacun des plans de coupe des collecteurs de courant
cathodiques, respectivement anodiques de la cellule électrochimique,
respectivement de
la batterie. L'empilement encapsulé a ainsi été découpé sur deux des six faces
de
l'empilement de manière à rendre apparents les collecteurs de courant
cathodiques,
respectivement anodiques.
Cet assemblage a ensuite été imprégné, sous atmosphère anhydre, par trempage
dans
une solution électrolytique comprenant du PYR14TFSI, et du LiTFSI à 0,7 M.
PYR14TFSI
est l'abréviation courante de 1-
buty1-1-méthylpyrrolidinium bis(trifluoro-
méthanesulfonyl)imide. LITFSI est l'abréviation courante de lithium bis-
trifluorométhanesulfonimide (n CAS : 90076-65-6). Le liquide ionique rentre
instantanément par capillarité dans les porosités. Chacune des deux extrémités
du
système a été maintenu en immersion pendant 5 minute dans une goutte du
mélange
électrolytique, puis l'éventuel surplus résiduel est éliminé par tamponnage.
f. Réalisation des organes de contact d'une cellule électrochimique
encapsulée ou
d'une batterie encapsulée
Des organes de contact ont ensuite été ajoutées au niveau où les collecteurs
de courant
cathodiques, respectivement anodiques sont apparents (non revêtus
d'électrolyte isolant).
Une suspension comprenant une résine de type ConductiveX Electro-bond 62
chargée en
graphite a été diluée dans le toluène afin de réduire la viscosité de la
suspension à une
valeur proche de 50 Kpcs. Les extrémités de la cellule électrochimique,
respectivement de
la batterie, encapsulée et découpée ont été trempées dans cette suspension
comprenant
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une résine de type ConductiveX Electro-bond 62 chargée en graphite. La
première
couche à base de résine de type ConductiveX Electro-bond 62 chargée en
graphite
présente une épaisseur de l'ordre de 30 pm.
Cette première couche a ensuite été séchée à 60 C pendant 4 heures.
Les extrémités de la cellule électrochimique, respectivement de la batterie,
encapsulée,
découpées et ainsi revêtues ont été trempées dans une encre Applied Nanotech
CU-IJ70
chargée en nanoparticules de cuivre ayant un extrait sec de 50% massique et
une
viscosité comprise entre 10 et 20 cP. L'épaisseur déposée a été comprise entre
6 et
8 pm.
Cette deuxième couche a ensuite été séchée à 100 C pendant 30 minutes, puis
frittée par
exposition à une lampe Xénon en mode mono impulsion de 2 msec à 2,6kV avec une
distance de 2,5 cm entre la lampe et l'organe de contact électrique.
L'organe de contact électrique a ensuite été immergé dans un bain en fusion de
l'alliage
Sn-Zn à 40% massique, de manière à former une troisième couche à base de Sn-
Zn.
Les extrémités de la cellule électrochimique, respectivement de la batterie,
encapsulée,
découpées et ainsi revêtues de cette troisième couche ont ensuite été
immergées
pendant 35 minutes dans un bain de sulfonate d'étain et d'acide borique à pH 4
maintenu
à 25 C. De l'étain pur a ainsi été déposé au niveau des extrémités de la
cellule
électrochimique, respectivement de la batterie, encapsulée, découpées et ainsi
revêtues.
